静电除尘器.pdf

一种静电除尘器，该静电除尘器包括：进气装置，其通向供含有颗粒的空气流通过的导管；和在所述导管内产生聚集静电场的发生装置，该聚集静电场与所述空气流基本正交，其中所述发生装置包括二维表面电极，该二维表面电极包括离子源和接地的反电极，其中所述进气装置与所述表面电极适于基本逆着所述导管中的空气流的方向引导离子。

1、  一种静电除尘器，该静电除尘器包括：进气装置，其通向供含有颗粒物的空气流通过的导管；和在所述导管内产生聚集静电场的发生装置，该聚集静电场与所述空气流基本正交，其中所述发生装置包括二维表面电极，该二维表面电极包括离子源和接地的反电极，其中所述进气装置与所述表面电极适于基本逆着所述导管中的空气流的方向引导离子。

2、  根据权利要求1所述的静电除尘器，其中，所述进气装置接地。

3、  根据权利要求1或2所述的静电除尘器，其中，所述表面电极位于所述导管的上部内。

4、  根据权利要求3所述的静电除尘器，其中，所述表面电极的直径基本小于所述导管的直径。

5、  根据前述任一权利要求所述的静电除尘器，其中，所述导管由体积导电率数量级为10¹⁴S/m、电阻率数量级为10¹³Ωm的材料构成。

6、  根据权利要求6所述的静电除尘器，其中，所述导管包括外表面，该外表面接地，并且朝上边缘向内呈锥形。

7、  根据前述任一权利要求所述的静电除尘器，其中，所述反电极包括具有基本圆形横截面的细长元件。

8、  根据权利要求7所述的静电除尘器，其中，所述反电极包括导电带。

9、  根据权利要求8所述的静电除尘器，该静电除尘器还包括用于从所述带收集颗粒物的收集装置。

10、  根据权利要求9所述的静电除尘器，其中，所述收集装置包括液池。

11、  根据前述任一权利要求所述的静电除尘器，其中，所述离子源包括多个电晕针。

12、  根据权利要求1至10中任一项所述的静电除尘器，其中，所述离子源包括等离子体电极。

13、  根据前述任一权利要求所述的静电除尘器，其中，所述表面电极与所述反电极基本为筒状。

14、  一种基本如以上参照附图所述的静电除尘器。

静电除尘器
技术领域
本发明涉及一种适于从外界环境收集尘埃颗粒物的静电除尘器。具体但不排它地涉及能够收集外界环境中由空气携带的生物颗粒物的静电除尘器。
背景技术
通常通过将空气加速到非常高的速度而使颗粒物撞击收集表面来从空气收集颗粒以进行颗粒分析。然而，这种撞击技术不能有效地收集小颗粒物(指直径约为1μm的颗粒物)，并且通常需要非常高的能量输入。
通过静电除尘除去灰尘和其它颗粒物是一种公知技术，其工业规模地应用以净化废气或空气。
然而，却很少注意到将静电除尘作为收集颗粒物以进行分析的技术。多数静电除尘器确实不适于从外界环境有效地收集颗粒物，其原因在于收集表面相当大，以致于仅能获得冲淡的颗粒物样品。
解决有效收集问题的一个方法是利用微静电除尘器(InnovaTek，USA)，其包括许多收集板，这些收集板具有供颗粒物沉积的微加工槽。通过最小体积的收集流体来收集颗粒物。
欧洲专利申请EP 0 239 865公开了一种用于从气流中去除颗粒物的静电除尘器。该除尘器包括柱状电极装置，该柱状电极装置包括电晕放电离子源和反电极，以此将带电颗粒物引向反电极，而不是收集在其下方。
一种由申请人提出的类似方法致力于将通过电晕放电场而带电的颗粒物紧密地集中于点表面。该装置采用电晕放电离子源和一组聚集环电极，聚集环电极的极性与颗粒物上所带电荷的极性相同，由此将颗粒物引向包括一同轴安装的销的反电极。
然而，该方法不能令人满意地收集颗粒物的原因在于：即使在通过浓缩使颗粒物尺寸增大时，也不能使期望空气流处的颗粒物所带电荷的程度均匀。另外，以期望工作电势作用在颗粒物上的聚集场通常不能克服牵制效应，或者阻止颗粒物离开带电场。因此，仅穿过聚集场的一部分颗粒物被驱向反电极。
国际专利申请PCT/GB2003/004886通过引用整体结合于此，其公开了一种适于收集颗粒物以进行分析的静电除尘器。该除尘器包括能使颗粒物充电更加均匀的等离子体源。
发明内容
本发明也涉及使颗粒物聚集到反电极上，但不同于现有技术，其旨在通过电晕风作用产生动力来实现该目的。
因此，本发明提供一种静电除尘器，该静电除尘器包括：进气装置，其通向供含有颗粒的空气流通过的导管；和在所述导管内产生聚集静电场的发生装置，该聚集静电场与所述空气流基本正交，其中所述发生装置包括二维表面电极，该表面电极包括离子源和接地的反电极，其中所述进气装置与所述表面电极适于基本逆着所述导管中的空气流的方向引导离子。
应理解，所述聚集静电场朝向所述接地的反电极驱动离子和颗粒物，而那些未到达所述反电极的离子被逆着空气流引导。
在一优选实施方式中，所述导管与表面电极两者均为筒形。在该实施方式中，进气装置可包括除尘器的壳体的一部分，该部分相对于其中的空气流的方向独立地支撑在所述导管的上部上。所述进气装置可与所述导管一起限定用于使空气从壳体外部进入的受限通道。
最优选的是，所述壳体与进气装置为筒形，并且一起限定用作空气进口的全向开口。
在一优选实施方式中，所述表面电极布置在所述导管内，使得所述离子源位于所述导管的上部内。最优选的是，所述表面电极布置成使得所述离子源位于聚集部的上方。
应清楚，所述导管的横截面直径大于所述表面电极的横截面直径，由此在所述电极与导管的上部的内表面之间形成的场使得未到达所述反电极的离子朝着所述进气装置离开。
在一个实施方式中，所述进气装置接地，从而也使得未到达反电极的离子朝着向进气装置运动而离开带电的表面电极。
所述导管优选由低或中(数量级为10¹³Ωm)的表面电阻率的材料构成。最优选的是，该材料还具有高体积导电率(数量级为10¹⁴S/m)的材料，由此确保其内表面上的受控表面带电，并确保低电荷泄漏。
在一优选实施方式中，所述外表面接地，并且/或者所述导管的上部朝上边缘向内呈锥形，由此使得颗粒物的沉积最少。该锥形的角度优选为20°，但也可以是其它角度，例如30°、35°、40°以及45°。
最优选的是，所述反电极包括基本为圆形横截面的细长部件。该细长部件具体可以包括同轴地安装在导管内的杆、线或销，但也可以是其它装置。
在一优选实施方式中，所述反电极包括导电带，该导电带优选为弹性体材料。所述带优选基本为圆形横截面，以使收集面积最小。
在一个优选实施方式中，所述带为环形带，并由带轮设备支撑，该带轮设备可与驱动装置相关联。优选的是，所述带与带轮设备使得所述带沿着所述导管和进气装置的整个纵向长度延伸。
所述带优选与收集装置相关联，该收集装置具体可包括所述带必然穿过其行进的液体洗涤罐。所述洗涤罐包括液压杆密封件，该密封件用于在所述带离开洗涤罐时从该带去除大部分液体。
所述液压杆密封件从所述带去除大部分(或者全部)液体的动作，使得待用于收集的液体量最少，因此使颗粒物快速地浓缩。通过基本为圆形横截面的带进一步增强了浓缩。
已公知在净化除尘器中利用带和洗涤罐(参见德国专利申请8000042)，但其仅是用于保持反电极清洁，而不是用于收集颗粒物进行分析。
在一优选实施方式中，所述离子源包括多个电晕放电针，这些电晕放电针可在表面电极上布置成圆形阵列。另外，各针均可以与高值电阻器相关联，以使电流平衡，并使离子分布平均。
可选的是，所述离子源可包括一个或多个等离子体电极，如国际专利申请PCT/GB2003/004886中所述的那样。
应清楚，本发明的实践在一定程度上取决于大量参数的适当选择，诸如颗粒物的大小、电势、进气装置的相对尺寸和位置、导管、表面电极以及空气流流速。
在一优选实施方式中，利用以下条件能够在可接受的电势和空气流流速下(空气泵，标准状态下700升每分钟)将小颗粒物有效地收集至1ml液体(水)，这些条件是：内横截面直径为100mm的柱形导管、内横截面直径为80mm的柱形表面电极、圆形横截面为20mm的带、包括大约30至40个电晕针(5mm长，优选为36个)并位于所述导管上边缘下方60mm的离子源、以及内横截面直径和高度均为200mm且位于所述导管上边缘上方90mm的进气装置。
然而，本领域技术人员应清楚，本发明利用电晕风产生动力来向离子源的上游驱动离子流。因此，本发明的有利之处在于，颗粒物在进入导管之前已带电，这使得装置较为紧凑和轻便。
附图说明
现在将参照优选实施方式和下列附图描述本发明，附图中：
图1是本发明一优选实施方式的示意图；
图2是该实施方式中导管的一部分的截面图，示出了表面电极；以及
图3是大致表示在使用本实施方式时所形成的静电场的截面图。
具体实施方式
现在参照图1，示出了整体标以附图标记1的静电除尘器，该静电除尘器包括筒状壳体2，在筒状壳体2中居中地布置有导管3，导管3供含有颗粒物的空气通过。
导管3由聚氯乙烯构成，大致为内横截面直径为100mm的管状形状。该导管的外表面的上部3a朝边缘3b呈20°的锥形。
壳体2由导电性材料构成，大致包括独立地支撑在导管3上方和下方的两个半圆筒部分。该壳体的上部包括进气装置4，该进气装置与下部一起限定环形孔，该环形孔用于使空气进入除尘器。进气装置4还与导管3的外表面一起限定受限通道(如箭头所示)，用于将进入的空气输送到导管3。
进气装置4接地，且内横截面直径和长度均为200mm，并在导管3之上定位成使得进气装置4的端部距上边缘3b为90mm。
再参照图2，表面电极5由长度为80mm的塑料管构成，该表面电极位于导管的上边缘3a下方60mm处。该位置使得发生闪络(flashover)和表面电弧痕迹(surface tracking)的可能性最小。该管的上部设置有离子源6，下部设置有铜带7。离子源包括由36个电晕针组成的圆形阵列，各电晕针均经由高值电阻器(1GΩ，未示出)联接至高压电源(～10⁴V)，以使得离子流平衡(5μA)。
进气装置4的端部形成用于圆形横截面的接地导电弹性体带8的孔，该导电弹性体带8支撑在带轮设备9上，并安装成使得该导电弹性体带居中地穿过进气装置4和导管3而延伸到壳体2的下部。
整体标以附图标记10的洗涤罐在导管3下方安装在壳体2的下部中，使得带也居中地延伸穿过该洗涤罐。洗涤罐的容积约为1ml，其包括液压杆密封件，该密封件用于将收集流体保留在洗涤罐中。
现在再参照图3，通过气泵(未示出)将含有颗粒物的空气流引向进气装置4，空气流在进气装置4处受到静电场作用。如所看到的那样，静电场在导管内表面与表面电极之间的区域X中向外呈锥形。结果使未到达反电极的离子朝着进气装置螺旋上升。离子向该区域的输送意味着空气流中的接近导管3的颗粒物在它们到达导管3之前已带有足够程度的电。
还可以看出在导管3的上边缘3a的区域Y中的静电场的曲率。该区域中的静电场的形状意味着在空气流中运动的颗粒物变慢并因此不会沉积在导管3的上部的外表面上。
大多数颗粒物通过静电场而被聚集，并在导管的上部的区域中或该区域上方沉积在带上。由带轮设备驱动的带8穿过洗涤罐10行进，颗粒物在该洗涤罐中被移除到诸如水的收集液中。
在图1中所涉及的本发明的优选实施方式示出为以良好的收集效率不断地从空气中将生物材料(枯草杆菌黑色变种芽孢)收集并回收到液体样品中。