一種運動型摩擦電氣體除塵裝置、除塵系統和除塵方法與流程

2024-03-06 10:02:15

本發明涉及空氣淨化領域，具體地，涉及一種應用摩擦電場的除塵裝置、除塵系統和除塵方法。

背景技術：

目前，在各種工業過程產生大量粉塵物質，如在工廠車間、燃燒廢氣等；在生活中，大量的尾氣、礦物石油燃燒等排放導致的霧霾等。這些顆粒物懸浮在空氣中，對人類的健康、生活和生產造成了嚴重的影響。

目前，工業除塵方法主要有靜電除塵、顆粒床過濾除塵、慮袋除塵等。但是各種除塵方法都有一系列的問題，如靜電除塵會帶來臭氧、氮化物的二次汙染；濾袋除塵產生高的阻力等等。如何獲得一種高效率、低成本、阻力小、無二次汙染的空氣除塵系統，已成為目前迫切的需求。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種運動型摩擦電氣體除塵裝置，應用摩擦電場能夠對氣體中的微米、次微米、納米等級別的顆粒物進行高效、快速過濾，解決空氣中顆粒物的吸收和過濾的問題。

為了實現上述目的，本發明提供一種運動型摩擦電氣體除塵裝置，包括：在下部設置有進氣口和出氣口的密封外殼、設置在外殼內的吸塵介質、在外殼的內側壁上設置有側壁電極陣列、在外殼內設置有內部電極陣列，吸塵介質填充在內部電極陣列周圍，其中，

所述吸塵介質中包括若干介質單元，所述介質單元的外表面為介質材料；

除塵裝置運動時，使吸塵介質之間、吸塵介質與側壁電極陣列、內部電 極陣列之間相互碰撞、摩擦形成靜電場，氣體通過所述靜電場時被淨化。

優選的，所述內部電極陣列的內部電極單元的形狀為針狀、條狀、柱狀結構的電極柱。

優選的，所述電極柱的長度延伸方向沿著上下方向設置，或者水平方向設置，或者多個所述電極柱呈縱橫交替形成網狀陣列。

優選的，所述內部電極陣列的內部電極單元為片狀、彎折的條狀或柱狀結構，柱狀截面的尺寸為0.5mm-10mm。

優選的，所述內部電極陣列的內部電極單元的兩端均固定在上述外殼內壁上；

或者，所述內部電極陣列的內部電極單元僅一端固定在外殼內壁上。

優選的，所述內部電極陣列中內部電極單元的材料為硬質材料或者柔性材料。

優選的，所述內部電極陣列中內部電極單元為可變形結構。

優選的，所述內部電極陣列中內部電極單元之間互相不連通，所述內部電極陣列中內部電極單元之間的空隙大於2倍介質單元的最大粒徑。

優選的，在所述除塵裝置運動過程中，所述吸塵介質的填充高度為外殼內部空間高度的10％-90％。

優選的，所述內部電極陣列的內部電極單元超出所述吸塵介質的填充範圍，未完全被所述吸塵介質淹沒。

優選的，所述吸塵介質中還包括若干導電單元，所述導電單元的外表面為導電材料。

優選的，所述導電單元與所述介質單元的數量比例範圍為0：1—1：1。

優選的，所述介質單元和/或導電單元為空心或者實心的球形、橢球形或者多面體，粒徑範圍為0.5mm-10mm。

優選的，所述介質單元表面的材料為絕緣體。

優選的，所述介質單元表面材料的電負性高於或者低於所述內部電極陣列內壁電極陣列材料的電負性。

優選的，所述內壁電極陣列設置在所述外殼的內側壁上。

優選的，所述外殼內壁電極陣列設置在所述外殼內部的頂面和底面上。

優選的，所述內壁電極陣列的內壁電極單元為長條形、方形、圓形、三角形和/或多邊形的片狀電極。

優選的，所述內壁電極陣列的內壁電極單元之間互相絕緣，相鄰內壁電極單元之間的間距為0.1mm-1cm。

優選的，所述進氣口設置在所述外殼的底部或者外殼的側壁下部。

優選的，所述進氣口設置在所述外殼底部的左端，出氣口設置在所述外殼底部的右端，所述進氣口與出氣口之間的絕對距離大於所述吸塵介質的填充高度。

優選的，在所述進氣口和出氣口處設置金屬網，金屬網孔的尺寸小於所述介質單元的粒徑。

優選的，所述內部電極陣列的內部電極單元、側壁電極陣列的側壁電極單元和/或吸塵介質的表面分布有納米、微米或次微米量級的微結構，所述微結構選自納米線，納米管，納米顆粒，納米溝槽、微米溝槽，納米錐、微米錐、納米球和微米球狀結構。。

相應的，本發明還提供一種氣體除塵系統，包括多個上述任一項所述的除塵裝置，所述氣體依次通過多個所述除塵裝置，或者，所述氣體分為多個支路同時通過多個所述除塵裝置。

還提供一種氣體除塵方法，採用上述任一項所述的除塵裝置，外力作用下晃動所述除塵裝置時，吸塵介質中的介質單元和內部電極陣列或側壁電極陣列互相碰撞形成靜電場，氣體通過所述除塵裝置被淨化。

通過上述技術方案，本發明的有益效果是：

本發明提供的運動型摩擦電氣體除塵裝置整體晃動時，吸塵介質中的介質單元與側壁電極陣列4和內部電極陣列6的表面之間相互碰撞、摩擦形成靜電場，氣體通過所述靜電場時在靜電吸附作用和吸塵介質的物理過濾作用下實現對氣體中顆粒物的有效過濾。本發明的除塵裝置能夠對通過電場的氣體中的微米、次微米、納米等級別的顆粒物進行高效、快速過濾。

將多個除塵裝置進行串並聯，可以形成除塵系統，提高除塵效率。可以用於工業粉塵氣固分離裝置及其系統，可以單獨使用，也可以與其他除塵器串聯使用，實現工業過程粉塵的達標排放。也可以用於空氣淨化，減輕霧霾對人體的傷害。

本發明提供的除塵裝置具有結構簡單、易於控制、採用的材料無汙染廉價易得、成本低、適用範圍廣等特點。

附圖說明

附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1為本發明的運動型摩擦電氣體除塵裝置的縱截面的結構示意圖；

圖2為本發明的運動型摩擦電氣體除塵裝置的水平截面的結構示意圖；

圖3為在與圖1和2中的截面均垂直的截面的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。

在本發明中，在未作相反說明的情況下，使用的方位詞如「上、下」是指示圖中的方向；「內」指朝向相應結構內部，「外」指朝向相應結構外部。

為了清楚的展示本發明的運動型摩擦電氣體除塵裝置，參見圖1-3，圖1為本發明提供的運動型摩擦電氣體除塵裝置的縱截面的結構示意圖，圖2為水平截面的結構示意圖，圖3為在與圖1和2中的截面均垂直的截面的結構示意圖，除塵裝置包括在下部設置有進氣口1和出氣口7的密封外殼3、設置在外殼3內的吸塵介質5、在外殼3的內側壁上設置有側壁電極陣列4、在外殼3內設置有內部電極陣列6，其中，吸塵介質5填充在內部電極陣列6周圍。若干吸塵介質5中包括若干個介質單元，介質單元的表面為介質材料，側壁電極陣列4和內部電極陣列6的表面為導體材料。

當除塵裝置整體在外力作用下上下、左右來回做周期性晃動運動時，具有高摩擦電性能的介質單元，因慣性作用將與側壁電極陣列4、內部電極陣列6相互碰撞、摩擦，產生大量靜電荷，在介質單元之間、介質單元與側壁電極陣列、內部電極陣列6之間的空間中產生高強度的靜電場。以介質單元表面的材料具有高電負性為例，使介質單元表面產生大量的負電荷，側壁電極陣列4、內部電極陣列6上留下大量正電荷。因此，在介質單元和側壁電極陣列4、介質單元與內部電極陣列6之間形成很高的電場。

氣體中的粉塵顆粒在形成過程中通常帶有一定的電荷，因而總的顆粒都表現出一定的帶電性。當這些帶電顆粒隨著氣體從進氣口1進入除塵裝置的外殼3以後，由於在介質單元和側壁電極陣列4之間、介質單元與內部電極陣列6之間形成很高的電場，因此，在電場作用下，氣體中帶正電顆粒將被側壁電極陣列4、內部電極陣列6吸附；帶負電的顆粒被介質單元吸附。經過淨化的氣體從出氣口7流出除塵裝置。

另外，當含粉塵或顆粒物的氣流通過除塵裝置時，還存在物理吸附過程，氣體中的粉塵顆粒與吸塵介質、側壁電極陣列4、內部電極陣列6相互碰撞、散射，形成物理吸附。物理吸附機理包括慣性碰撞、攔截、布朗擴散、重力沉降等。

因此，帶有粉塵的氣體通過除塵裝置時，可以通過靜電吸附和物理吸附過程被除塵裝置淨化。

吸塵介質可以為僅包括若干介質單元，也可以既包括若干介質單元也包括若干導電單元，介質單元與導電單元的數量比例可以為1：0—1：1之間。吸塵介質中既包括介質單元又包括導電單元可以使正、負電場分布更加均勻，提高過濾效率。介質單元的外表面為介質材料；導電單元的外表面為導電材料，可以為金屬材料，優選為低成本抗氧化抗腐蝕的金屬如不鏽鋼、鋁等金屬材料。

在其他實施例中，吸塵介質中還可以加入其他顆粒物或填充物。介質單元之間互相碰撞，或者介質單元與導電單元、電極互相碰撞，在表面形成電荷。

介質單元的表面與側壁電極陣列4、內部電極陣列6或導電單元接觸產生表面電荷，因此，只需要滿足介質單元的表面材料與側壁電極陣列4、內部電極陣列6或導電單元的材料具有不同電負性的條件即可。介質單元表面的材料可以為絕緣體，介質單元表面材料的電負性高於或者低於側壁電極陣列4、內部電極陣列6或導電單元的表面材料電負性均可以。高電負性的材料可以為高分子(聚合物)如ptfe、pvdf等，低電負性的材料如石英、玻璃、矽酸鹽材料等。

介質單元和導電單元的形狀可以為球形、橢球形或者多面體，可以為空心或者實心顆粒。介質單元(或導電單元)可以整體為均一材料，也可以為表面層包覆內核的核殼結構，例如為絕緣材料的表面層包覆陶瓷材料內核的核殼結構球作為介質單元。

介質單元和導電單元的粒徑範圍為0.5mm—10mm。介質單元和導電單元的直徑可以一致也可以不一致，可以由不同直徑相互混合。

內部電極陣列6中內部電極單元之間互相不連通，內部電極單元的形狀 可以為針狀、條狀、柱狀等結構的電極柱，其長度延伸方向沿著上下方向設置，優選電極柱垂直於外殼3的底面，參見圖1中所示。

內部電極陣列6中內部電極單元可以為如圖1縱向電極柱陣列，也可為水平設置的橫向電極柱陣列；還可以為縱橫交替形成網狀陣列。

內部電極陣列6中內部電極單元無論採用哪種結構的電極單元，內部電極單元之間的空隙大於2倍介質單元的最大粒徑。

內部電極陣列6中內部電極單元的除了可以為圖1中的電極柱的結構外，在本發明的其他實施例中，也可以為其他結構的內部電極，只要在除塵裝置左右晃動等運動時，吸塵介質中的介質單元可以與內部電極陣列6中內部電極單元互相碰撞即可。內部電極陣列6中內部電極單元可以為片狀、彎折的條狀或柱狀等結構。內部電極陣列6中內部電極單元可以為鐵、銅、鋼、合金等具有一定強度的金屬柱狀或金屬片，也可以為外層包裹其它金屬的多層結構；內部電極單元為柱狀結構時，柱狀截面的尺寸為0.5mm-10mm，例如內部電極單元採用圓柱狀，直徑範圍為0.5mm-10mm，柱狀內部電極單元之間間距為最大介質單元粒徑的2倍以上。

內部電極陣列6中內部電極單元的材料可以選擇硬質材料或者柔性材料，其結構可以設計為殼變形結構，例如蛇形彎折等可變形結構。內部電極單元可以為兩端均固定在外殼內壁上，也可以僅一端固定在外殼內壁上，當採用彈性材料時，可以在外殼3內部擺動。

在外殼3的內壁上設置側壁電極陣列4，多個側壁電極單元之間互相絕緣，可以均勻分散設置在外殼3的側壁上，如圖1至圖3中所示。側壁電極單元也可以設置在外殼3內部的頂面和底面上。側壁電極單元可以為長條形、方形、圓形、三角形和/或多邊形等片狀電極。相鄰側壁電極單元之間的間距可以為0.1mm-1cm，可以在裝置中形成較為均勻和穩定的電場。側壁電極單元的厚度可以在500nm-5mm之間。

常用的導電材料均可以用於製作側壁電極單元，優選採用金屬或者合金材料，包括鋁、銅、金和銀中的一者或者多者的任意比例合金。

本發明的吸塵裝置中，進氣口1和出氣口7需要設置在外殼的下部，可以在外殼的底部或者側壁下部，優選設置在外殼的底部，見圖1所示，進氣口1和出氣口7處可以設置金屬網，將吸塵介質限定在外殼內部，防止吸塵介質被氣體帶出外殼，金屬網孔的尺寸小於外殼內介質單元的尺寸，並能夠承載一定重量。

氣體沿著圖1中箭頭所示方向在除塵裝置這流動，從進氣口1進入外殼3，大部分氣體經過吸塵介質5後沿著水平方向流動，然後再次經過吸塵介質5從出氣口7流出外殼。

為了使氣體儘可能多的經過吸塵介質和強電場，外殼3中吸塵介質5的填充不應該太滿，可以在吸塵介質5與外殼頂部之間留有一定的空隙，吸塵介質5的填充高度可以為外殼內部空間高度的10％-90％。

這裡所述的填充高度，是指除塵裝置未受力靜止不動時，吸塵介質佔據空間的高度。

類似的，為了使氣體儘可能多的經過吸塵介質和強電場，進氣口1和出氣口7的距離應該儘可能遠，因此，可以將進氣口1設置在外殼3底部的左端，出氣口7設置在外殼3底部的右端。進氣口1與出氣口7之間的絕對距離優選大於吸塵介質5的填充高度。

為了增加吸塵介質5與內部電極陣列6之間的碰撞摩擦，內部電極陣列6的內部電極單元超出吸塵介質5的填充範圍，未完全被吸塵介質5淹沒，如圖1和2中所示。

外殼3不需要轉動，因此，外殼3的結構不做具體限定，除了進氣口和出氣口外，整體為密封結構即可。優選為長方體殼狀結構，也可以為其他任意的殼狀結構。外殼3的內壁材料不做特別的限定，只要有足夠的強度即可， 優選為絕緣體材料，如聚四氟、尼龍、陶瓷等，可以使帖附在其上的側壁電極單元之間互相絕緣。

本發明的除塵裝置中不限定介質單元表面和側壁電極單元必須是硬質材料，也可以選擇柔性材料，材料的硬度並不影響二者之間的接觸摩擦效果。

內部電極陣列6的內部電極單元、側壁電極陣列4的側壁電極單元、吸塵介質的表面可以進行表面納米圖形化處理，來增加表面積，從而提高除塵裝置的物理吸附和靜電吸附的效率。可以在內部電極陣列的內部電極單元、側壁電極陣列的側壁電極單元和/或吸塵介質的表面分布有納米、微米或次微米量級的微結構，所述微結構選自納米線，納米管，納米顆粒，納米溝槽、微米溝槽，納米錐、微米錐、納米球和微米球狀等結構。

相應的，本發明還提供一種氣體除塵系統，可以包括多個上述的除塵裝置，將多個除塵裝置串聯或者並聯，氣體依次通過多個所述除塵裝置(多個除塵裝置串聯)，或者，所述氣體分為多個支路同時通過多個所述除塵裝置(多個除塵裝置並聯)。

相應的，本發明還提供一種氣體除塵方法，採用本發明的除塵裝置，外力作用下晃動時，吸塵介質中的介質單元和內部電極陣列、側壁電極陣列或導電單元互相碰撞形成靜電場，氣體通過所述除塵裝置被淨化。

本發明提供的除塵裝置能夠對氣體中的微米、次微米、納米等級別的顆粒物進行高效、快速過濾。可以用於工業粉塵氣固分離裝置及其系統，可以單獨使用，也可以與其他除塵器串聯使用，實現工業過程粉塵的達標排放。

以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。例如，各部件的形狀、材質和尺寸的變化。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵， 在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。