RU2177837C1

RU2177837C1 - Electrical air cleaner

Info

Publication number: RU2177837C1
Application number: RU2001100203A
Authority: RU
Inventors: В.Б. Файн; А.Г. Возмилов; М.В. Дель
Original assignee: Челябинский государственный агроинженерный университет
Priority date: 2001-01-03
Filing date: 2001-01-03
Publication date: 2002-01-10

Abstract

FIELD: cleaning air by separation of solid particles by means of electrostatic separation of materials, by means of electrical filters for example. SUBSTANCE: high-voltage source includes dielectric drum, dielectric cover plate and metal collector. Length of drum is no less than 90 mm and its diameter is no less than 140 mm; drum is secured on shaft of fan electric motor. Cover plate is made in form of parallelepiped; one side of cover plate whose length is equal to length of drum is brought in contact with lateral surface of drum and other side is secured on fixed grounded metal substrate. Take-off of high potential is effected by means of collector electrically connected with corona-forming electrodes of ionizer and high-voltage electrodes of settler. Collector is made in form of plate whose length is equal to length of drum; plate has saw-tooth edge directed towards drum; collector is located at distance not exceeding 3 mm from lateral surface of drum on side of its run-out from under cover plate. EFFECT: enhanced reliability and electrical safety. 1 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к очистке воздуха путем отделения твердых частиц с помощью электростатического разделения материалов, например с помощью электрофильтров. The invention relates to air purification by separating solid particles by electrostatic separation of materials, for example using electrostatic precipitators.

Известен двухзонный электрофильтр, содержащий заключенные в корпус источник высокого напряжения, ионизатор (так называемую зону зарядки), состоящий из коронирующих и некоронирующих электродов, осадитель (так называемую зону осаждения), состоящий из набора пластин, соединенных через одну соответственно с высоковольтным и заземленным выводами источника высокого напряжения [1, с 148] . Электрофильтры, используемые внутри птицеводческих (животноводческих) помещений, снабжаются собственными вентиляторами [2, с 222] . Именно такой воздухоочиститель, содержащий вентилятор с электродвигателем, источник высокого напряжения, ионизатор и осадитель, был взят нами в качестве прототипа. A known two-zone electrostatic precipitator containing a high voltage source enclosed in a housing, an ionizer (the so-called charging zone), consisting of corona and non-corona electrodes, a precipitator (the so-called deposition zone), consisting of a set of plates connected through one respectively to a high voltage and grounded source leads high voltage [1, p. 148]. Electrofilters used inside poultry (livestock) premises are equipped with their own fans [2, p. 222]. It was such an air purifier containing a fan with an electric motor, a high voltage source, an ionizer and a precipitator that we took as a prototype.

Недостатком вышеуказанного воздухоочистителя является его ненадежность, что обусловлено относительно низким внутренним сопротивлением высоковольтного источника с полупроводниковыми элементами (десятки МОм): в процессе работы в ионизаторе и осадителе происходят межэлектродные замыкания, вызванные попаданием в межэлектродный промежуток частиц больших размеров, что отрицательно влияет на работу высоковольтного источника и может привести к выходу его из строя, следствием чего является перерыв в работе устройства в целом. Кроме того, такие воздухоочистители обладают повышенной электроопасностью. The disadvantage of the above air purifier is its unreliability, which is due to the relatively low internal resistance of a high-voltage source with semiconductor elements (tens of megohms): interelectrode short circuits occur during operation in the ionizer and precipitator, caused by large particles entering the interelectrode gap, which negatively affects the operation of the high-voltage source and can lead to its failure, the consequence of which is a break in the operation of the device as a whole. In addition, such air purifiers have an increased electrical hazard.

Задачей изобретения является повышение надежности устройства при одновременном повышении электробезопасности. The objective of the invention is to increase the reliability of the device while increasing electrical safety.

Технический результат достигается тем, что в электрическом воздухоочистителе, содержащем заключенные в корпус вентилятор с электродвигателем, источник высокого напряжения, ионизатор, состоящий из коронирующих и некоронирующих электродов, осадитель, состоящий из набора пластин, соединенных через одну соответственно с высоковольтным и заземленным выводами источника высокого напряжения, согласно изобретению источник высокого напряжения содержит диэлектрический барабан, диэлектрическую накладку и металлический коллектор, причем барабан имеет длину не менее 90 мм, диаметр не менее 140 мм и закреплен на валу электродвигателя вентилятора, накладка в форме параллелепипеда одной стороной, имеющей длину, равную длине барабана, контактирует с боковой поверхностью барабана, другой укреплена на неподвижной заземленной металлической подложке, а отбор высокого потенциала осуществляется с помощью не контактирующего с барабаном коллектора, электрически соединенного с коронирующими электродами ионизатора и высоковольтными электродами осадителя. Коллектор выполнен в виде пластины длиной, равной длине барабана, имеет обращенную к барабану кромку пилообразной формы и расположен на расстоянии не более 3 мм от боковой поверхности барабана со стороны выбега последнего из-под накладки. The technical result is achieved in that in an electric air purifier containing a fan with an electric motor enclosed in a housing, a high voltage source, an ionizer consisting of corona and non-corona electrodes, a precipitator consisting of a set of plates connected through one respectively to a high voltage and grounded terminals of a high voltage source , according to the invention, the high voltage source contains a dielectric drum, a dielectric plate and a metal collector, and bar the ban has a length of at least 90 mm, a diameter of at least 140 mm and is mounted on the shaft of the fan motor, a parallelepiped-shaped overlay with one side having a length equal to the length of the drum is in contact with the side surface of the drum, the other is mounted on a fixed, grounded metal substrate, and selection high potential is carried out using a collector not in contact with the drum, electrically connected to the corona electrodes of the ionizer and high voltage electrodes of the precipitator. The collector is made in the form of a plate with a length equal to the length of the drum, has a sawtooth edge facing the drum and is located at a distance of no more than 3 mm from the side surface of the drum from the side of the latter running out from under the lining.

Такой источник обеспечивает повышение надежности устройства, т. к. обладает сравнительно высоким внутренним сопротивлением (десятки ГОм): при межэлектродном замыкании в ионизаторе и/или осадителе напряжение источника падает до нуля, после устранения замыкания напряжение источника за 40. . . 60 с достигает рабочего значения, при этом не происходит выхода источника из строя. Such a source provides increased reliability of the device, because it has a relatively high internal resistance (tens of GΩ): when an electrode closes in the ionizer and / or precipitator, the voltage of the source drops to zero, after the circuit is closed, the voltage of the source exceeds 40.. . 60 s reaches the operating value, while the source does not fail.

Как показали испытания, за счет большого внутреннего сопротивления такой источник высокого напряжения обладает и повышенной электробезопасностью, т. к. допускает непосредственное касание руками высоковольтных частей. As tests have shown, due to the large internal resistance, such a high voltage source also has increased electrical safety, since it allows direct contact with the hands of high-voltage parts.

Оптимальные параметры источника (профиль кромки коллектора, месторасположение коллектора, h≤3 мм, 1≥90 мм, d≥140 мм, c= 1) обосновываются приведенными ниже экспериментальными данными. В качестве основного критерия оптимальности принят ток коронного разряда, поскольку с его увеличением растет, как известно, и степень очистки воздуха в электрофильтре. The optimal source parameters (collector edge profile, collector location, h≤3 mm, 1≥90 mm, d≥140 mm, c = 1) are justified by the experimental data given below. The corona discharge current was taken as the main criterion of optimality, since, as is known, the degree of air purification in the electrostatic precipitator increases, as is known.

Профиль кромки коллектора, обращенной к барабану, влияет на значение тока коронного разряда в ионизаторе:
- сила тока коронного разряда при коллекторе с кромкой, имеющей профиль кисточки, состоящей из 14 медных проволок диаметром 0,2 мм - 2,1 мкА;
- сила тока коронного разряда при коллекторе с кромкой, имеющей прямолинейный профиль - 2,4 мкА;
- сила тока коронного разряда при коллекторе с кромкой, имеющей пилообразный профиль - 2,9 мкА.The profile of the collector edge facing the drum affects the value of the corona discharge current in the ionizer:
- corona discharge current at a collector with an edge having a brush profile consisting of 14 copper wires with a diameter of 0.2 mm - 2.1 μA;
- corona discharge current at a collector with an edge having a straight profile - 2.4 μA;
- corona discharge current at a collector with an edge having a sawtooth profile - 2.9 μA.

Коллектор с кромкой, имеющей пилообразный профиль, обеспечивает большее значение тока коронного разряда. A collector with an edge having a sawtooth profile provides a larger value of the corona discharge current.

На ток коронного разряда I в ионизаторе оказывает влияние положение коллектора относительно барабана:
Угол α, град - I, мкА
90 - 4,0±0,2
135 - 3,8±0,2
180 - 2,7±0,2
225 - 2,0±0,2
270 - 1,9 ±0,2
При α= 90^o и 135^o значения тока коронного разряда достоверно не различаются (доверительный интервал ±0,2 мкА определен с уровнем значимости 0,05), дальнейшее увеличение α приводит к существенному снижению тока. Поэтому можно считать, что наибольшее значение тока коронного разряда получается при α≤135^o, т. е. при расположении коллектора со стороны выбега барабана из-под накладки.The current of the corona discharge I in the ionizer is affected by the position of the collector relative to the drum:
Angle α, deg - I, μA
90 - 4.0 ± 0.2
135 - 3.8 ± 0.2
180 - 2.7 ± 0.2
225 - 2.0 ± 0.2
270 - 1.9 ± 0.2
At α = 90 ^o and 135 ^{o, the} values of the corona discharge current do not differ significantly (the confidence interval of ± 0.2 μA is determined with a significance level of 0.05), a further increase in α leads to a significant decrease in current. Therefore, we can assume that the largest value of the corona discharge current is obtained at α≤135 ^o , i.e., when the collector is located on the side of the drum run-out from under the lining.

Ток коронного разряда в ионизаторе также зависит от расстояния h между пилообразной кромкой коллектора и боковой поверхностью барабана:
h, мм - I, мкА
2 - 4,3±0,1
3 - 4,1±0,1
4 - 4,0±0,1
6 - 3,5±0,1
8 - 3,2±0,1
10 - 3,0±0,1
12 - 2,6±0,1
При h = 2 и 3 мм значения тока коронного разряда можно считать практически одинаковыми (ввиду касания доверительных интервалов ±0,1 мкА, определенных с уровнем значимости 0,05), дальнейшее увеличение h приводит к существенному снижению тока. Поэтому можно считать, что для получения максимального тока расстояние от пилообразной кромки коллектора до барабана должно быть не более 3 мм.The corona discharge current in the ionizer also depends on the distance h between the sawtooth edge of the collector and the side surface of the drum:
h, mm - I, μA
2 - 4.3 ± 0.1
3 - 4.1 ± 0.1
4 - 4.0 ± 0.1
6 - 3,5 ± 0,1
8 - 3.2 ± 0.1
10 - 3.0 ± 0.1
12 - 2.6 ± 0.1
At h = 2 and 3 mm, the values of the corona discharge current can be considered almost the same (due to touching the confidence intervals of ± 0.1 μA, determined with a significance level of 0.05), a further increase in h leads to a significant decrease in current. Therefore, we can assume that to obtain the maximum current, the distance from the sawtooth edge of the collector to the drum should be no more than 3 mm.

Длина l барабана оказывает влияние на напряжение ионизатора и осадителя U и ток коронного разряда I: (см. табл. 1). The length l of the drum affects the voltage of the ionizer and precipitator U and the corona discharge current I: (see table. 1).

Диаметр d барабана оказывает влияние на электрические параметры устройства: (см. табл. 2). The diameter d of the drum affects the electrical parameters of the device: (see table. 2).

Длина с накладки оказывает влияние на электрические параметры устройства: (см. табл. 3). The length from the lining affects the electrical parameters of the device: (see table. 3).

Наибольшее значение тока коронного разряда получается при c/l= 1, т. е. при длине накладки, равной длине барабана. The largest value of the corona discharge current is obtained at c / l = 1, i.e., with a lining length equal to the length of the drum.

Таким образом, для достижения указанной цели наличие каждого признака необходимо, а всех вместе достаточно. Thus, to achieve this goal, the presence of each attribute is necessary, but all together is enough.

На чертеже представлен заявленный электрический воздухоочиститель. Устройство состоит из заключенных в корпус (не показан) вентилятора 1 с электродвигателем 2; источника высокого напряжения 3; ионизатора 4 с коронирующими электродами 5, подключенными к коллектору 6, и некоронирующими электродами 7, соединенными с металлической заземленной подложкой 8; осадителя 9 с высоковольтными 10 и осадительными 11 электродами, соединенными соответственно с коллектором 6 и заземленной подложкой 8. Источник высокого напряжения, содержит диэлектрический барабан 12, диэлектрическую накладку 13 и металлический коллектор 6, причем барабан 12 закреплен на валу электродвигателя 2, накладка 13 одной стороной контактирует с боковой поверхностью барабана 12, другой укреплена на неподвижной заземленной металлической подложке 8. The drawing shows the claimed electric air purifier. The device consists of enclosed in a housing (not shown) fan 1 with an electric motor 2; high voltage source 3; an ionizer 4 with corona electrodes 5 connected to the collector 6 and non-corona electrodes 7 connected to a metal grounded substrate 8; precipitator 9 with high-voltage 10 and precipitation 11 electrodes, respectively connected to the collector 6 and the grounded substrate 8. The high voltage source contains a dielectric drum 12, a dielectric plate 13 and a metal collector 6, and the drum 12 is mounted on the shaft of the electric motor 2, the plate 13 is one side in contact with the side surface of the drum 12, the other is mounted on a stationary grounded metal substrate 8.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При вращении электродвигателя вентилятора происходит взаимное натирание диэлектрических барабана (12) и накладки (13), соединенной посредством металлической подложки (8) с землей. В результате этого заряды одного знака накапливаются на наружной поверхности барабана, а противоположные по знаку заряды стекают с накладки (13) на землю. Высокий потенциал снимается с поверхности барабана металлическим коллектором (6) (посредством электрического разряда) и подается на коронирующие электроды (5) ионизатора и высоковольтные электроды (10) осадителя. Очищаемый воздух, подаваемый вентилятором, проходит через поле униполярного коронного разряда, создаваемого в ионизаторе между коронирующими (5) и некоронирующими (7) электродами. Взвешенные в воздухе частицы пыли заряжаются за счет ионной зарядки и поступают в осадитель, где под действием электрических сил частицы пыли, несущие на себе избыточный заряд, осаждаются на его электродах. Пример конкретного выполнения изобретения. Длина устройства - 210 мм, входное сечение - 140•140 мм. Коронирующий электрод выполнен из нихромовой проволоки диаметром 0,2 мм, размер некоронирующих электродов - 140•60 мм. Ионизатор состоит из двух секций, установленных параллельно воздушному потоку. Межэлектродное расстояние в ионизаторе - 35 мм. Размер электродов осадителя - 140•140 мм, межэлектродное расстояние в осадителе - 3,5 мм. Длина диэлектрического барабана l= 90 мм, диаметр d= 140 мм. Скорость вращения барабана ω= 298 рад/с. Накладка имеет длину с= 90 мм, толщину - 37 мм, высоту - 90 мм. Параметры зуба коллектора, полученные в результате оптимизации, следующие: высота зуба - 10 мм, ширина основания зуба - 20 мм. Коллектор располагается со стороны выбега барабана из-под накладки, при этом угловая координата α (фиг. 1) равна 90^o. Расстояние от пилообразной кромки коллектора до боковой поверхности барабана h= 3 мм.When the fan motor rotates, the dielectric drum (12) and the lining (13) are mutually rubbed, connected to the ground by means of a metal substrate (8). As a result of this, charges of the same sign accumulate on the outer surface of the drum, and charges opposite in sign flow from the lining (13) to the ground. The high potential is removed from the surface of the drum by a metal collector (6) (by means of an electric discharge) and is supplied to the corona electrodes of the ionizer and high voltage electrodes of the precipitator. The cleaned air supplied by the fan passes through the field of a unipolar corona discharge created in the ionizer between the corona (5) and non-corona (7) electrodes. Dust particles suspended in the air are charged by ion charging and enter the precipitator, where, under the influence of electric forces, dust particles carrying an excess charge are deposited on its electrodes. An example of a specific implementation of the invention. The length of the device is 210 mm, the inlet section is 140 • 140 mm. The corona electrode is made of nichrome wire with a diameter of 0.2 mm, the size of non-corona electrodes is 140 • 60 mm. The ionizer consists of two sections mounted parallel to the air flow. The interelectrode distance in the ionizer is 35 mm. The size of the electrodes of the precipitator is 140 • 140 mm, the interelectrode distance in the precipitator is 3.5 mm. The length of the dielectric drum l = 90 mm, the diameter d = 140 mm. The rotation speed of the drum ω = 298 rad / s. The overlay has a length of c = 90 mm, a thickness of 37 mm, a height of 90 mm. The parameters of the collector tooth obtained as a result of optimization are as follows: tooth height - 10 mm, tooth base width - 20 mm. The collector is located on the run-down side of the drum from under the lining, while the angular coordinate α (Fig. 1) is 90 ^o . The distance from the sawtooth edge of the collector to the side surface of the drum h = 3 mm

Напряжение источника при подключенных ионизаторе и осадителе составляет 8,2±0,6 кВ. Ток коронного разряда в ионизаторе - 10 мкА, степень очистки воздуха в устройстве при скорости воздушного потока 0,6 м/с равна 0,95. The voltage of the source with the connected ionizer and precipitator is 8.2 ± 0.6 kV. The corona discharge current in the ionizer is 10 μA, the degree of air purification in the device at an air flow rate of 0.6 m / s is 0.95.

Список литературы
1. Пирумов А. И. Обеспыливание воздуха. - М. : Стройиздат, 1981, 296 с.List of references
1. Pirumov A. I. Dust removal of air. - M.: Stroyizdat, 1981, 296 p.

2. Электротехнология / А. М. Басов, В. Г. Быков, А. В. Лаптев, В. Б. Файн. - М. : Агропромиздат, 1985, 256 с. 2. Electrotechnology / A. M. Basov, V. G. Bykov, A. V. Laptev, V. B. Fayn. - M.: Agropromizdat, 1985, 256 pp.

Claims

An electric air purifier comprising a fan with an electric motor enclosed in a housing, a high voltage source, an ionizer consisting of corona and non-corona electrodes, a precipitator consisting of a set of plates connected through one respectively to a high voltage and grounded terminals of a high voltage source, characterized in that the high voltage source voltage contains a dielectric drum, a dielectric pad and a metal collector, and the drum has a length of at least 90 mm, a diameter of at least e 140 mm and is mounted on the shaft of the fan motor, the parallelepiped-shaped pad on one side having a length equal to the length of the drum contacts the side surface of the drum, the other is mounted on a fixed grounded metal substrate, and the collector is made in the form of a plate with a length equal to the length of the drum, has a sawtooth edge facing the drum, located at a distance of no more than 3 mm from the side surface of the drum on the side of the run out of the latter from under the lining and is electrically connected to the corona elements Trodena ionizer and high-voltage electrodes of the precipitator.