SK12392001A3 - Spôsob oddeľovania látok v tvare častíc a/alebo kvapiek z prúdu plynu - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu oddeľovania látok v podobe častíc a/alebo kvapiek z prúdu plynu. Týmto spôsobom je prúd plynu vedený cez zbernú komoru, ktorej vonkajšie steny sú uzemnené. Pri tomto spôsobe je vysoké napätie vedené k hrotom produkujúcim ióny, ktoré sú usporiadané v zbernej komore. Oddelenie požadovaných látok z prúdu plynu prebieha tak, že lúč iónov pôsobí proti stene komory, na povrchu ktorej sa oddelené látky zhromažďujú.

Doterajší stav techniky

Doposiaľ sa v systémoch na čistenie alebo oddeľovanie látok z prúdu plynu používajú filtrové, vírové alebo elektrické metódy, ako napríklad elektrické filtre alebo metóda ionizácie. Pri používaní látkových alebo kovových filtrov je potrebné udržiavať nízku rýchlosť prúdiacich plynov, pretože vzrastajúca rýchlosť má za následok silný odpor vzduchu. Účinnosť filtrov tiež klesá s narastajúcou rýchlosťou. Napríklad pri mikrofiltroch je rýchlosť prúdenia vzduchu v zásade nižšia ako 0,5 m/s. Okrem toho súčasné technológie neumožňujú dosiahnutie dobrých čistiacich výsledkov v prípade častíc nanometrických rozmerov (čo zahŕňa častice o priemere jedného až niekoľko desiatok nanometrov).

Vírová metóda spočíva v znížení rýchlosti prúdenia plynu, takže ťažké častice, ktoré sú súčasťou prúdiaceho plynu, padajú do zberného priestoru. Vírová metóda je teda použiteľná na oddeľovanie ťažkých častíc, pretože rýchle padajú.

V prípade elektrických filtrov sa oddeľovanie častíc z toku plynu uskutočňuje na zberných doskách, alebo na vnútornom povrchu rúrok. Rýchlosť prúdiaceho plynu v elektrických filtroch nemá presahovať 1.0 m/s, doporučená rýchlosť zo strany výrobcov býva v rozmedzí 0,3 - 0,5 m/s. Dôvod nízkej rýchlosti prúdenia plynu spočíva v tom. že vyššia rýchlosť prúdenia uvoľňuje späť častice nahromadené už na zberných doskách, čo spôsobuje veľké zníženie účinnosti. Metóda elektrických filtrov je založená na

- 2 elektrostatickom náboji častíc. Nie je však možné elektricky nabiť častice nanometrických rozmerov. Navyše, všetky materiály nie sú polarizovateľné, ako napríklad nehrdzavejúca oceľ.

Nízka rýchlosť prúdenia plynu je pri elektrických filtroch daná tiež kvôli čistiacej fáze zberných dosák. Počas doby čistenia dosák pôsobí tok proti doskám tak, že sa uvoľňujú už nazbierané častice látky. Účelom je, aby sa čo najmenšie možné množstvo častíc látky, zhromaždených v priebehu čistenia zberných dosák, dostalo späť do toku plynu. Nízkou rýchlosťou prúdiaceho plynu je možné dosiahnuť prípustnú mieru častíc látky, ktoré filter nezachytí.

Doterajšia technológia je ďalej opísaná s odkazmi na priložené výkresy, z ktorých obr. 1 zobrazuje zariadenie, používané v metóde prúdenia iónov podľa doterajšej technológie, a obr. 2 zobrazuje postup za použitia doterajšej technológie čistenia plynu metódou prúdenia iónov.

Na obr. 1 je ukázané zariadenie na čistenie plynu podľa doterajšej technológie. Zariadenie pozostáva z prívodu I plynu na vyčistenie, vývodu 2 vyčisteného plynu, prívodu napätia 3, izolátora 4, uzemnenej zbernej komory 5, nabité upevňovacie tyče 6 pozostávajú z niekoľkých hrotov produkujúcich ióny 7, vibrujúce zariadenie 8, zvodný kanálik 9 pre nazhromaždené častice a zdroj napätia K).

Na obr. 1 napríklad vzduch, prúdiaci do budovy, alebo vzduch, privádzaný na recykláciu, je smerovaný do zbernej komory 5 na čistenie. Tento vzduch je do zbernej komory 5 vedený prívodom I, stúpa nahor a po vyčistení odchádza cez odvod 2. Čistenie sa uskutočňuje ionizáciou plynu pomocou hrotov 7, nainštalovaných na tyči 6, ktorá je napojená na zdroj napätia JO via prívod napätia 3. Zdroj napätia JO je schopný dodať tyči 6 ako kladné, tak aj záporné vysoké napätie (zachytené na obrázku).

Inými slovami, prúd iónov prechádza plynom či už kladne alebo záporne nabitým, a ióny a nabité častice, rovnako ako častice nenabité, sú prúdom iónov prenášané na zbernú plochu 5. Hroty produkujúce ióny 7 sú nastavené proti uzemnenej zbernej komore 5, ktorá funguje ako zberný povrch častíc. Komora 5 je izolovaná od nabitých častíc 6 a 7 izolátorom 4. Napätie v rozmedzí 70 - 150 KV je privádzané ku hrotom 7 a ich vzdialenosť od komory 5 je nastavená tak, aby sa vytvoril kužeľovitý efekt iónového prúdenia. Týmto sú nabité aj nenabité častice privádzané na stenu zbernej komory 5 a prilipnú k nej vzhľadom na rozdiely v náboji medzi nulovým nábojom steny zbernej komory 5 a nábojom iónového tokui. Vzdialenosť medzi hrotmi 7 a zbernou stenou 5 je v rozmedzí 200 - 800 mm.

Obr. 1 ďalej ukazuje vibračné zariadenie 8 na čistenie zbernej komory 5 pomocou vibrácií. Vibračné zariadenie je vyvinuté tak, že pri vibrácii komory spadnú nazhromaždené častice dole a opúšťajú ju odvodným kanálikom 9. Nazhromaždená látka môže byť odstránená tiež vypláchnutím vodou.

Charakteristickým pre metódu iónového prúdu je efekt „koróna“, dosiahnutý vysokým napätím tak, že intenzita napätia sa zvýši natoľko, že tento efekt iónového prúdenia sa vytvorí medzi hrotmi 7 a požadovanou uzemnenou konštrukciou. Počet hrotov 7 je nutné vypočítať vždy pre každé jednotlivé čistenie plynu. Metóda iónového lúča je detailnejšie opísaná napríklad v patentovej publikácii EP-424 335.

Riešenie čistenia plynu v zbernej komore použitím metódy prúdenia iónov podľa doterajšej technológie je opísané na obr. 2. Obr. 2 ukazuje vývod 2 vyčisteného plynu, uzemnenú komoru 5, nabitú upevňovaciu tyč 6, skladajúcu sa z niekoľkých hrotov produkujúcich ióny 7. Navyše obr. 1 ukazuje prúdenie iónov 1 h prírastok častíc 12. 13 a J4 v zbernej komore 5 a prúdenie plynu 15. Riešenia na obr. 1 a 2 sú príznačné polohou hrotov 7 v prstencoch 22, pomocou ktorých je vzdialenosť medzi hrotmi 7 a zbernou plochou kratšia.

Špeciálne v priemysle, v ktorom musí byť niekoľko kilogramov látky oddelených z veľkého toku plynu počas jednej sekundy, je zariadenie pre iónový lúč pomerne veľké, najmä kvôli použitiu vysokého napätia.

V niektorých priemyselných prevádzkach je veľmi zložité nájsť pre toto zariadenie nevyhnutné miesto.

Cieľom tohoto vynálezu je poskytnúť spôsob, ktorým môžu byť oddeľované látky vo forme častíc a/alebo kvapiek z prúdenia plynu a energetické požiadavky môžu byť zásadne znížené a metóda oddeľovania častíc, nazhromaždených na zberných plochách, môže byť vylepšená.

Spôsobom podľa tohoto vynálezu sú nečistoty oddeľované z plynového prúdu spôsobom „push-pull“, ktorý je typický tým, že zberné povrchy, vedúce elektrinu, sú elektricky izolované od vonkajších obalov. Vysoké napätie smerované na zberné plochy má opačné znamienko priameho napätia než to, ktoré smeruje na hroty, ktoré produkujú ióny. V porovnaní so známou metódou iónového toku, opísanou vyššie, je rozdiel metódy e r

- 4 podľa vynálezu v tom, že jej elektrické pole, ktoré vzniklo medzi hrotmi, produkujúcimi ióny, a zbernou stenou komory, je prídavným zdrojom energie. Ak je do zberných plôch privedené vysoké napätie, vytvára sa tak pred nimi elektrické pole, ktoré priťahuje ióny s opačným znamienkom a častice nabité opačným elektrickým nábojom k zberným plochám. Pomocou uvedeného spôsobu „push-pulľ sa dosiahne lepšie oddeľovanie tak. že hroty produkujúce ióny nie je potrebné upevňovať na prstence, ale môžu byť inštalované priamo na upevňovacej tyči.

Použitím spôsobu vynálezu sa prevádzkové napätie znižuje na 1/3 až 1/4 vo vzťahu k už známej technológii, zobrazenej na obr. 2. Podobne podstatne klesajú náklady na dosiahnutie rovnakého množstva vzduchu a rovnakého stupňa jeho čistoty, a to dokonca na 1/3.

Ďalším cieľom vynálezu je poskytnúť prostriedok na uskutočnenie postupu vyššie opísaného vynálezu. Pre tento vynález je príznačné, že zberné plochy, vodiace elektrinu, sú elektricky izolované od vonkajších obalov, a že vysoké napätie, vedené od zdroja do zberných plôch, má opačné znamienko priameho napätia ako vysoké napätie, vedené do hrotov, produkujúcich ióny. Súčasťou vynálezu je aj voľný priestor, vzniknutý medzi elektrickou izoláciou a vonkajším plášťom.

Prehľad obrázkov

Vynález je ďalej detailnejšie opísaný s odkazmi na priložené výkresy, na ktorých: obr. 1 ukazuje zariadenie doposiaľ známej technológie, používanej pri metóde iónového toku; obr. 2 ukazuje spôsob doposiaľ známej technológie na čistenie plynu pomocou metódy iónového toku; a obr.3 ukazuje zloženie a zásady procesu oddeľujúceho zariadenia podľa vynálezu. Obr. 1 a 2 boli opísané vyššie. Riešenie vynálezu je opísané ďalej, s odkazom na obr. 3, ktorý zobrazuje súčasti vynálezu.

Príklad uskutočnenia vynálezu

Obr.3 zobrazuje oddeľujúce zariadenie vynálezu, jeho stavbu a podstatu funkcie.

Obrázok ukazuje vývod 2 pre vyčistený plyn, uzemnený vonkajší obal 5 a nabitú upevňovaciu tyč 6, nesúcu niekoľko hrotov vyrábajúcich ióny 7.

Navyše obr. ukazuje iónové lúče H. a prúd plynu 15. Ďalej obrázok zobrazuje vzduchové vrecko 16, umiestnené medzi vonkajším obalom 5 zbernej komory a vrstvou elektrickej izolácie 17. a povrch 18, vedúci elektrický prúd na vnútornú plochu vrstvy elektrickej izolácie 17. Vrstva elektrickej izolácie 17 je upevnená k vonkajšiemu obalu 5 pomocou držiakov 21. Napätie s opačným znamienkom priameho napätia na obrázku kladným, než vysoké napätie, smerované na hroty 7 (na obrázku záporné), je vedené na vodivý povrch 18. Takýmto spôsobom sú tieto napätia opačné, to znamená kladné na hrotoch 7 a záporné na vodivom povrchu 18, alebo záporné na hrotoch 7 a kladné na vodivom povrchu 18. Napätie na hrotoch 7 sa v podstate rovná tomu na zberných plochách (vodivý povrch) 18. Možné je však tiež použiť vodivé napätie rôznej veľkosti. Výhodou rovnakých napätí je jednoduchšia štruktúra centier vysokého napätia. S rovnakým napätím sa tiež dosahujú lepšie čistiace výsledky.

Obrázok 3 ďalej ukazuje prázdny priestor, kladne nabitý kladným elektrickým poľom pred povrchom vedúcim elektrinu 18; priestor 19 kladne nabitý, pretože kladné vysoké napätie je namierené smerom k povrchu 18. Akonáhle prevrátime náboj na povrchu, ktorý vedie elektrinu J_8, v tomto prípade je teda negatívny, nazhromaždená látka na povrchu je uvoľnená a padá do odvodného kanálika (referenčné číslo 9 na obr. 1) na dne zhromažďujúcej komory, akonáhle elektrické pole uvoľní zhromaždené častice. Nie je teda potrebné žiadne vibračné zariadenie v konštrukcii tohoto vynálezu. Môžu byť však použité, ak sú požadované. Najbežnejšie čistenie zhromažďujúcich povrchov je uskutočňované automaticky opláchnutím tekutinou, ďalej je možné naprogramovať žiadaný interval a dĺžku čistenia. V prípade oplachovania tekutinou je čistiaca tekutina privádzaná vstrekujúcou trubicou 20, a ako prúdi po povrchu zberného povrchu 18. zároveň z neho uvoľňuje nazhromaždené častice. Podľa potreby je možné v čistiacom procese použiť napríklad aj dezinfekčný prostriedok.

Podstata vynálezu

Ako už bolo ukázané, menením polarity náboja na vodivých zberných plochách je možné dosiahnuť alebo prilipnutie alebo odpútanie nakumulovaných látok z/k týmto plochám. Napätie, používané v zariadení, je v rozmedzí 10-60 KV, lepšie však 30 - 40 KV, a prúd medzi 0,05 - 5,0 mA, lepšie však 0,1 - 3,0 mA.

Elektrická izolácia _1_7, upevnená na nabitom zbernom povrchu 18, ukázaná na obr. 3 musí byť sklenená, umelohmotná alebo z nejakej podobnej látky, izolujúcej vysoké napätie, prednostne ako izolácia Γ7 je používaný akryl-nitrii-butandíen-styren (ABS).

Ďalej, rovinná vodivá vrstva, zobrazená na obr. 3, pripevnená k elektrickej izolácii J_7, je vyrobená z kovu, ako napríklad úzka kovová doska alebo film na izolačnej vrstve alebo z drôtovej siete pripevnenej čiastočne alebo celkom v izolačnej vrstve. Je obzvlášť vhodné, ak je súčasťou zariadenia, vedúceho elektrinu, chrómový povlak, ktorý je na izolačnú vrstvu pripevnený vákuovým pokovovaním. Môžu byť použité aj iné metódy pokovovania, ako napríklad priľnavosť kovového filmu, alebo iné upevňovacie metódy.

Spôsobom podľa tohoto vynálezu je možné účinne oddeľovať z plynového prúdu aj veľmi malé tuhé čiastky v tvare častíc a kvapalných kvapiek. Proces čistenia plynu sa odohráva v komorách, tunelových alebo trubicových sústavách, v ktorých je plyn vystavený pôsobeniu iónového lúča. Tento pôsobí na nazhromaždené častice hnacou silou proti zberným plochám a zároveň na ne pôsobí kapacitným odporom. Elektrické pole s opačným znamienkom, vznikajúce na zberných plochách, tak pôsobí na častice alebo látky vo forme kvapiek ťažnou silou smerom k zberným plochám. Takto teda odstraňuje hnacia sila iónového prášku a ťažná sila zberného povrchu častice z prúdiaceho plynu.

Spôsobom podľa tohoto vynálezu je možné vytvárať ióny ako kladného, tak aj záporného náboja.

Priemyselná využiteľnosť

Zariadenie na výrobu iónového lúča, podľa spôsobu tohoto vynálezu, môže byť nainštalované napríklad v laboratóriách pre genetický výskum, kde sa z vlákien DNA môžu odlučovať častice aspoň o priemere 1 nanometra. V týchto laboratóriách nefungujú tradičné elektrické filtre dostatočne, pretože častice nanometrických rozmerov nie je možné elektricky nabiť.

Čistenie plynu spôsobom podľa tohoto vynálezu, sa využíva na čistenie vzduchu. Veľmi vhodné použitie je tiež napríklad v nemocničných izbách, slúžiacich na izoláciu pacientov, v operačných sálach, továrňach, vyrábajúcich mikročípy, a v takých priestoroch, do ktorých musí prívod vzduchu zamedziť priestup biologických zbraní.

r

- Ί Takto môže byť vynález použitý vo všetkých priestoroch na prívod a odsávanie vzduchu. Spôsobom podľa tohoto vynálezu je možno dosiahnuť vyčistenie vzduchu od častíc a kvapiek o veľkosti 1 nm - 100.000 nm. Tak, ako je možné dosiahnuť pokračujúce čistenie vzduchu aj v priebehu oplachovania zberných plôch, kedy môže byť napätie na ne dodávané vypnuté, v prípade, že na oplachovanie je potrebné veľké množstvo tekutiny.

Spôsob podľa vynálezu je možné ďalej použiť v rozličných zariadeniach na čistenie plynu a plynu, vedeného potrubím, napríklad v čistiacich zariadeniach, založených na doterajších filtroch, vírivých a elektrických filtroch, oddeľujúcich látok alebo pri metóde toku iónov. Tieto bežné spôsoby sú vhodné na čistenie vzduchu pre domácnosti a kancelárie.

Spôsobom podľa tohoto vynálezu môže fungovať oddeľovanie aj pri časticiach o priemere od jedného nanometra až do rozmerov niekoľkých stoviek mikrometrov. Ako zvláštna tiaž, tak ani elektrický kapacitný odpor častíc nie sú prekážkou pre ich oddelenie z plynu. Plyn môže byť očistený od častíc rôznych veľkostí až po čistý plyn.

Odborníkom je zrejmé, že využitie spôsobu pre oddeľovanie látok v tvare a/alebo kvapiek z prúdu plynu je omnoho širšie, ako iba v príkladoch, uvedených vyššie, ale je založené na nasledovných patentových nárokoch.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob oddeľovania látok v tvare častíc a/alebo kvapiek z prúdu plynu, najmä častíc a/alebo kvapiek o priemere od jedného nanometra po niekoľko desiatok nanometrov, podľa ktorej metódy je prúd plynu (15) vedený cez zbernú komoru, ktorej vonkajšie steny sú uzemnené, a pomocou tejto metódy je vysoké napätie vedené do hrotov vytvárajúcich ióny (7), ktoré sú namontované v zbernej komore, takže iónový lúč (ll), vychádzajúci z hrotov vytvárajúcich ióny (7), oddeľuje určené častice z prúdu plynu. Tento efekt sa dosiahne pôsobením hrotov (7) voči stenám, fungujúcim ako zberné plochy, vyznačujúci sa tým, že elektricky vodivé zberné plochy sú elektricky izolované od vonkajších obalov (5), v podstate po celej ich (18) ploche a že je k nim (18) privádzané vysoké napätie s opačným znamienkom priameho napätia než vysoké napätie, privádzané k hrotom, produkujúcim ióny (7).
2. 2. Spôsob podľa nároku l, vyznačujúci sa tým, že sa v ňom používa napätie v rozmedzí 10 - 60 KV, lepšie však 30 - 40 KV, a prúd medzi 0,05 - 5,0 mA, lepšie však 0, l - 3,0 mA.
3. 3. Spôsob podľa nárokov l a 2, vyznačujúci sa tým, elektrický náboj na povrchu zberných plôch (18) je zmenený, a tým sa môžu látky, nazhromaždené na stenách, z týchto stien uvoľniť.
4. 4. Spôsob podľa nárokov l a 2, vyznačujúci sa tým, že látky, nazhromaždené na stenách, sa odstraňujú oplachovaním stien (18) tekutinou.
5. 5. Zariadenie na oddeľovanie látok v tvare častíc a/alebo kvapiek z prúdu plynu, najmä častíc a/alebo kvapiek o priemere od jedného nanometra po niekoľko desiatok nanometrov, sa skladá z:

   - prívod (l) vzduchu, určeného na vyčistenie

   - zberná komora (5), ktorej vonkajšie steny sú uzemnené vývod (2) vyčisteného plynu zdroj napätia (10) s poháňacím zariadením;

   nabitý upevňovací prvok (6), ku ktorému sú upevnené hroty, produkujúce ióny (7), a do ktorých je privedené vysoké napätie, Čím vzniká na hrotoch, produkujúcich ióny (7) v pôsobení voči zberným plochám (18) iónový lúč (11), vyznačujúci sa tým, že elektricky vodivé zberné plochy (18) sú elektricky izolované od vonkajších obalov (5); a že je k nim (18) zo zdroja napätia (10) privádzané vysoké napätie s opačným znamienkom priameho napätia než vysoké napätie, privádzané k hrotom, produkujúcim ióny (7).
6. 6. Zariadenie podľa nároku 5, vyznačujúce sa tým, že jeho súčasťou je prázdny priestor (16), vyskytujúci sa medzi elektrickou izoláciou (17) a vonkajším obalom (5).
7. 7. Zariadenie podľa nárokov 5 alebo 6, vyznačujúce sa tým, že elektrickou izoláciou (17) zberných plôch je sklo, umelá hmota alebo podobný materiál, izolujúci vysoké napätie.
8. 8. Zariadenie podľa niektorého z nárokov 5-7, vyznačujúce sa tým, že uvedenou izoláciou (17) je akryl-nitril-butandien-styren (ABS).
9. 9. Zariadenie podľa niektorého z nárokov 5-8, vyznačujúce sa tým, že uvedený rovinný vodivý povrch (18) je vyrobený z kovu.
10. 10. Zariadenie podľa nárokov 5 - 9, vyznačujúce sa tým, že vodivý povrch (18) je v rovine, ako napríklad drôtová elektrická vodivá sieť, pripevnená čiastočne na vnútornej strane izolačnej vrstvy (17), alebo celkom v nej (17).
11. 11. Zariadenie podľa nárokov 5-10, vyznačujúce sa tým, že elektricky vodivý povrch (18) je úzky kovový povlak, najlepšie úzky chrómový povlak.
12. 12. Zariadenie podľa nároku 11, vyznačujúce sa tým, že tento uvedený úzky kovový povlak na izolácii (18) je prichytený použitím vákuového pokovovania.