TWI717704B

TWI717704B - 靜電除塵裝置與使用其靜電除塵裝置的過濾系統

Info

Publication number: TWI717704B
Application number: TW108108074A
Authority: TW
Inventors: 蔡春進; 繆其軒
Original assignee: 吳承翰
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2021-02-01
Also published as: TW202035025A

Abstract

本發明提供了一種靜電除塵裝置，其包含有一外殼、一高壓電極組與一接地金屬網。高壓電極組是設置於外殼內並具有一框體與複數個電極棒，該等電極棒係排列於框體內並連接框體，並且各個電極棒都設有複數個鋼釘。該等電極棒都電連接電源，藉以在鋼釘的尖端進行放電。接地金屬網是設置於外殼內並位於高壓電極組與外殼的排氣口之間。接地金屬網設有多個通孔以供氣流通過，使帶電的微粒能受到接地金屬網的吸引而被收集。本發明的靜電集塵裝置的整體結構較為堅固耐用且成本較低，能有效地收集氣流中的微粒。

Description

靜電除塵裝置與使用其靜電除塵裝置的過濾系統

本發明係為一種靜電除塵裝置，以及一套結合此靜電除塵裝置與過濾網的過濾系統。特別是一種造價較低且堅固耐用的靜電除塵裝置，並使用此一靜電除塵裝置結合各種材質的過濾網，來提升過濾的效率以及過濾網的使用壽命。

近年來，細微粒(PM_2.5 )的汙染已引起多數人的注意，許多國家也有PM_2.5 濃度超標的問題，嚴重地影響了當地居民的健康。為了有效減少PM_2.5 的排放，在各種會排放PM_2.5 的汙染源，諸如燃煤發電廠、餐廳與石化產業都設有過濾系統。傳統的過濾系統依其作用方式分成二種，一種是單純使用靜電除塵裝置，其中許多餐廳由於資本額較低，無法安裝昂貴且容易損壞的舊式靜電除塵設備。

靜電集塵裝置的作用原理是利用高壓電在其電極上產生電暈放電以釋放大量的離子，使通過的氣流中微粒帶電並經由電場的作用而往靜電集塵裝置的收集板的方向移動，進而被收集板所收集。傳統的靜電集塵裝置，例如二階式靜電集塵器(2-stage Electrostatic Precipitator)，其對於微粒的收集效率雖然相當高，但是電極上的電極線與收集板易因積卡微粒而汙損。其次，傳統的靜電集塵裝置的電極線的結構較為脆弱，容易在集塵過程中因吸取到異物而破損，而且傳統的電極線的價格也比較昂貴。最後，由於傳統的靜電除塵裝置的收集板的設立方向與氣流的流向平行，因此可能會產生背電暈現象，使得被收集板所收集的微粒可能會再次懸浮於氣流中，因而降低了微粒的收集效率。可見傳統的靜電集塵裝置尚有改善的空間。

另外一種過濾系統是單純使用過濾網進行過濾，然而傳統的過濾網不帶靜電，或者雖帶有靜電卻會隨著使用時間而降低其表面之靜電附著量，因此對於粉塵的去除效率較低，而且粉塵的去除效率也會隨著使用時間的增加而下降。

有鑑於此，本發明之其中一個目的乃在於提供一種靜電除塵裝置，其結構上較為堅固且成本較低，但同樣能有效達成除塵效果。

依據本發明以下的實施例：一種靜電除塵裝置，其包含有一外殼、一高壓電極組與一接地金屬網。其中，外殼的內部中空而具有一腔室。外殼還具有一進氣口與一排氣口，進氣口與排氣口均連通腔室與外殼的外部。高壓電極組是可拆卸地設置於外殼內並具有一框體與複數個電極棒，該等電極棒係排列於框體內並連接框體，各個電極棒都設有複數個鋼釘，各個鋼釘的尖端指向遠離進氣口的方向，該等電極棒都電連接一高壓電源，藉以在鋼釘的尖端進行放電。接地金屬網是可拆卸地設置於外殼內並位於高壓電極組與排氣口之間，接地金屬網設有複數個通孔以供氣流通過，使帶電的微粒能受到接地金屬網的吸引而被收集，進而達成集塵的效果。

另外，為了提高粉塵、油滴的過濾效率，本發明還提出了一種過濾系統，其包含有一靜電除塵裝置、一氣體通道與至少一個過濾網。其中，氣體通道是連接靜電除塵裝置的排氣口。過濾網是設於氣體通道內以過濾從排氣口排出的氣流。過濾網是採用靜電濾材製成，靜電濾材可被氣流中的微粒摩擦而帶電，使過濾網表面能穩定帶有靜電以提高過濾網對於粉塵、油滴的過濾效率。

通過上述靜電集塵裝置的高壓電極組的鋼釘來進行放電，相較於使用電極絲，使用鋼釘的高壓電極組的整體成本較低，且結構上也較為堅固耐用，而且同樣也能達成和電極絲相接近的放電效果。

在其中一個方面，鋼釘可為其他類合金製成的釘狀結構。

在另一個方面，過濾裝置可用來過濾油煙、粉塵或其他氣流中的微粒。

在另一個方面，高壓電極組的電極棒可採用碳纖維束、不鏽鋼、銅或鋁等導電材料製成。

在另一個方面，外殼可採用絕緣材料(例如聚氯乙烯；PVC)製成。PVC具有質輕、耐化學藥品性優良、流體阻力小、機械強度大與電絕緣性佳的優點，能減少壓損並避免觸電或漏電之危險。

為了詳細說明本發明之技術特點所在，茲舉以下之二個實施例並配合圖式說明如後，其中：

如圖1與圖2所示，本發明之第一實施例描述了一種油煙過濾系統1，其包含有一靜電除塵裝置10、一高壓電源20、一後處理濾袋4與一抽風機5，其中靜電除塵裝置10與後處理濾袋4用來過濾氣流中的微粒，抽風機5用來抽氣以形成氣流，使氣流通過靜電除塵裝置10與後處理濾袋4，靜電除塵裝置10的前端設有管路2，靜電除塵裝置10與後處理濾袋4設有管路3，後處理濾袋4與抽風機5之間設有管路6。如圖2所示，後處理濾袋4是設置於靜電除塵裝置10的後側，後處理濾袋4包含有一氣體通道7，氣體通道7連接靜電除塵裝置10並且氣體通道7的內部設有一層中效過濾網8與一層高效過濾網9。高效過濾網9相較於中效過濾網8而具有較高的收集效率。中效過濾網8與高效過濾網9都是採用靜電濾材製成，靜電濾材的材質有多種，其可採用合成纖維(例如聚丙烯)，此方面的資料可參考Vaughn, E Howard-Reed, C 所寫的Fiber Glass vs. Synthetic air filtration media 於International Nonwoven Journal 的文章。其中當氣流通過靜電濾材時，氣流中的微粒將摩擦靜電濾材而使靜電濾材帶電，藉以增加微粒的收集效率。電源20於本實施例中為一高壓電供應器，其型號為Spellman TF_SL30N150，用來提供最高為-30kV(千伏特)的負高壓電的電訊號。

請參考圖1與圖3，其係靜電除塵裝置10的立體圖。靜電除塵裝置10在結構上包含有一外殼30、一高壓電極組40與一接地金屬網50，其中：

外殼30包含有一進氣口31與一排氣口32，並且外殼30的內部是呈中空狀而具有一腔室33，進氣口31與腔室33相連通並且連接管路2，排氣口32連通腔室33以及管路3，外殼30採用PVC之材料製成，藉以達成絕緣的效果。

請參考圖4至圖6。高壓電極組40是可拆卸地設置於外殼30內，其結構上具有一框體41、九個電極棒42、八十一個螺帽43與八十一個鋼釘44，九個電極棒42係彼此平行地排列於框體41內，並且每個電極棒42的上下二端都連接框體41(如圖4所示)。每個電極棒42都設有外螺紋421，每個鋼釘44都固接螺帽43的外表面，螺帽43為金屬製成，鋼釘44通過螺帽43而螺合於各個電極棒42。於本實施例中，每個電極棒42設有九個鋼釘44(如圖5所示)，各個鋼釘44的尖端441指向遠離進氣口31的方向(亦即指向後續將說明的接地金屬網50的方向)。任二相鄰的鋼釘44之間隔為6公分(cm)，鋼釘44的尖端441的尺寸約為373微米(μm)。各個電極棒42都電連接電源20，使鋼釘44的尖端441能產生電暈放電作用(Corona discharge)，讓通過高壓電極組40的氣流中的微粒能帶電。

請參考圖3與圖7。接地金屬網50是可拆卸地設置於外殼30內並位於高壓電極組40與排氣口32之間，接地金屬網50與鋼釘44的尖端441之間的距離為3公分(cm)。接地金屬網50是呈接地的狀態。接地金屬網50具有一外框51並且內部設有大量個通孔52，通孔52用以供氣流通過，接地金屬網50通過外框51而可拆卸地裝設於腔室33。

須說明的是，於本實施例的圖3所示，接地金屬網50所形成的平面以及高壓電極組40所形成的平面是大致和氣流的流向(即氣流進入進氣口31的方向)相垂直的，如此可降低背電暈現象發生的機率，讓微粒即使被收集後而再度懸浮於氣流中，再懸浮的微粒也能再次地被接地金屬網50收集。

請回到圖1與圖3。通過本實施例的靜電除塵裝置10的設計，當抽風機5作動而抽風時，氣流將從管路2與進氣口31而進入靜電除塵裝置10的腔室33。當氣流通過高壓電極組40時，在高壓電極組40的鋼釘44尖端441的電暈放電作用下，氣流中的微粒將帶電。之後氣流在流經接地金屬網50時，氣流中帶電的微粒將受到接地金屬網50的吸引而被接地金屬網50所收集，藉以去除氣流中的微粒的數量，降低後處理濾袋4的負荷。

相較於傳統的靜電除塵裝置使用電極絲來使氣流中的微粒帶電，本實施例的靜電除塵裝置10通過使用鋼釘44來使微粒帶電，經發明人多次的試驗結果，本實施例的高壓電極組40能夠產生更高的電場強度與電流密度，使靜電除塵裝置10能具有更高的收集效率。另外，靜電除塵裝置10的整體結構的成本較低，高壓電極組40不易受到氣流中的異物撞擊而毀損，因此增加了靜電除塵裝置的使用壽命，以上皆為本發明之特點所在。

本發明另提供一第二實施例，請參考圖8。第二實施例的油煙過濾系統1包含有一靜電除塵裝置10與連接靜電除塵裝置10的一氣體通道7，其中氣體通道7內部同樣具有相同結構與相同材質的中效過濾網8與高效過濾網9。

靜電除塵裝置10包含有二套高壓電極組40a,40b與接地金屬網50a,50b，其中高壓電極組40a具有12個電極棒42與144個鋼釘44，鋼釘44彼此間隔為4.7公分。高壓電極組40b則設有196個鋼釘44彼此間隔為4公分，鋼釘44。上述電極棒42係使用鑽頭而設有多個固定孔422，使各個鋼釘44都分別以緊配的方式而一對一地固定於各個固定孔422。

請參考圖9，其係第二實施例的油煙過濾系統1的微粒累積量與收集效率的關係圖。其中，F_M +F_H +ESP表示了第二實施例的實測數據(即包含有一層高效過濾網9與一層中效過濾網8，並使用高壓電極組40a,40b與接地金屬網50a,50b)。F_H +F_H 表示了單純使用二層高效過濾網9(但不使用高壓電極組40a,40b與接地金屬網50a,50b)來進行過濾的情況，F_M +F_H 表示了單純使用一層高效過濾網9與一層中效過濾網8來進行過濾的情況(但不使用高壓電極組40a,40b與接地金屬網50a,50b)。可以看到，在三種情況下，初始的收集效率都高於95%，但隨著微粒的累積，將使過濾系統1的收集效率降低，當微粒累積量達到8g/m² 時，只有第二實施例的過濾系統1的收集效率還能維持在90%，能符合了「餐飲業油煙空氣汙染物管制規範及排放標準(草案)」的規範。

以上所述僅為本發明所列舉之實施例，凡依申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1:油煙過濾系統 2:管路3:管路 4:後處理濾袋5:抽風機 6:管路 7:氣體通道 8:中效過濾網9:高效過濾網 10:靜電除塵裝置 20:電源 30:外殼 31:進氣口32:排氣口 33:腔室 40,40a,40b:高壓電極組 41:框體42:電極棒 421:外螺紋422:固定孔 43:螺帽44:鋼釘 441:尖端 50,50a,50b:接地金屬網 51:外框52:通孔

有關靜電除塵裝置的詳細構造、特點、組裝或使用方式將於以下的實施例予以說明，然而，應能理解的是，以下將說明的實施例以及圖式僅只作為示例性地說明，其不應用來限制本發明的申請專利範圍，其中：圖1係第一實施例之油煙過濾系統的示意圖。圖2係第一實施例之油煙過濾系統的立體圖。圖3係第一實施例之靜電除塵裝置的立體圖。圖4係第一實施例之高壓電極組的立體圖。圖5係圖4中電極棒的放大圖。圖6係圖4中鋼釘與螺帽的放大圖。圖7係第一實施例之接地金屬網的立體圖。圖8係第二實施例之油煙過濾裝置的立體圖。圖9係微粒累積量與收集效率的關係圖。

10:靜電除塵裝置

30:外殼

31:進氣口

32:排氣口

33:腔室

40:高壓電極組

50:接地金屬網

Claims

一種靜電除塵裝置，包含有：一外殼，其內部中空而具有一腔室，該外殼還具有一進氣口與一排氣口，該進氣口與該排氣口均連通該腔室與該外殼的外部；一高壓電極組，可拆卸地設於該外殼內並具有一框體與複數個電極棒，該等電極棒係排列於該框體內並連接該框體，各該電極棒設有複數個鋼釘，各該鋼釘的尖端指向遠離該進氣口的方向，該等電極棒電連接一高壓電源；一接地金屬網，可拆卸地設於該外殼內並位於該高壓電極組與該排氣口之間，該接地金屬網設有複數個通孔。
如請求項第1項所述之靜電除塵裝置，其中各該電極棒都設有外螺紋，該高壓電極組更包含有複數個螺帽，該等鋼釘都分別一對一地固接於該等螺帽的外表面，該等螺帽都是採用導電材料製成，並且各該螺帽是螺合於該等電極棒的其中之一。
如請求項第1項所述之靜電除塵裝置，其中各該電極棒都設有多個固定孔，各該鋼釘都分別一對一地固定於各該固定孔。
如請求項第1項所述之靜電除塵裝置，其中該外殼是採用絕緣材料製成。
如請求項第4項所述之靜電除塵裝置，其中該外殼是採用聚氯乙烯製成。
如請求項第1項所述之靜電除塵裝置，其中該接地金屬網所形成的平面以及該高壓電極組所形成的平面是垂直於氣流進入該進氣口的方向。
一種過濾系統，包含有：一如請求項1所述的靜電除塵裝置；一氣體通道，連接該靜電除塵裝置的該排氣口；至少一過濾網，設於該氣體通道內以過濾從該排氣口排出的氣流，該過濾網是採用靜電濾材製成，該靜電濾材可被氣流中的微粒摩擦而帶電。
如請求項7所述的過濾系統，其中該至少一過濾網的數量為二且分別為一中效過濾網與一高效過濾網，該中效過濾網是位於該靜電除塵裝置與該高效過濾網之間，該高效過濾網的微粒收集效率高於該中效過濾網。