CN114832943A - 应用于高风速下的紧凑型两级式静电除气溶胶颗粒装置 - Google Patents
应用于高风速下的紧凑型两级式静电除气溶胶颗粒装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种应用于高风速下的紧凑型两级式静电除气溶胶颗粒装置。本发明包括预荷电级装置、收集级装置、外壳装置。本发明在限制整体长度为400mm下，通过增加接地电极方式改进预荷电级装置，提高了空间电荷密度的最小值，改善了空间电荷的分布情况，提升了颗粒荷电量，增强了两级式静电在5m/s风速时的除尘效率。综上，本发明保证两级式静电除尘器的体积小的前提下，又能提高其5m/s风速下的除尘效率。
Description
技术领域
本发明涉及微米和亚微米颗粒收集去除技术领域，特别涉及一种应用于高风速下的紧凑型两级式静电除气溶胶颗粒装置。
背景技术
随着中国经济的飞速发展和居民生活水平的提高，烹饪油烟成为又一空气污染源。根据中国有关部门的数据显示，城市油烟贡献了5％的PM2.5来源；并且，最近几年环境部启动了餐饮油烟排放的相关标准修订工作，将加紧对油烟排放的控制标准。
据相关研究表明，油烟颗粒粒径分布广，但有30％是0.5-5μm的颗粒，亚微米颗粒能经由呼吸道对肺部产生损伤，需要采用技术手段进行收集。
静电除尘器使用广泛，应用到家庭环境却存在两个问题：一是体积过大，长度通常在1m以上，不能适用家庭厨房的狭小环境；二是对静电除尘器的现有研究，风速被设定在2m/s以下。然而以风机管道位置对市面上的抽油烟机进行计算，其风速在3-5m/s。并且，常规的两级式静电除尘器的电极只由简单的单一放电电极和单一接地板构成，产生的空间电荷密度较少，导致颗粒荷电量较少，进而导致电场力不足以使颗粒偏转到收集级接地电极上而逃逸出静电除尘器，故其除尘效率在高风速下表现不佳。若以现有研究设计的静电除尘器，则难以在家用环境下使用。此外，作为净化油烟颗粒的两级式静电设备，工作电压过高会带来安全隐患，限制了提升静电除尘器除尘效率的方法。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种应用于高风速下的紧凑型两级式静电除气溶胶颗粒装置。
本发明的技术方案为：
本发明的一方面，提供了一种应用于高风速下的紧凑型两级式静电除气溶胶颗粒装置，包括预荷电级装置、收集级装置和外壳装置。
预荷电级装置，产生负离子对颗粒进行荷电；
收集级装置，收集在电场力作用下偏转到接地电极的颗粒；
外壳装置，提供绝缘保护；
所述预荷电级装置包含放电电极、接地电极；所述接地电极排列在放电电极周围；使产生的空间电荷密度的最小值减少，空间电荷的分布形状从椭圆状改善成圆状，从而提高颗粒的荷电量。
进一步说，所述收集级装置包含偏转电极、接地电极；所述偏转电极和集尘板保持平行，交替排列。
进一步说，所述外壳装置为绝缘材料制造，整体包裹预荷电级装置和收集级装置，保留进风口、出风口。
进一步说，预荷电级装置中的放电电极直径为0.2mm，工作电压为-10kv，接地电极有四个，以放电电极为中心呈矩形布置。
进一步说，收集级装置中的偏转电极工作电压为-10kv。
本发明的另一方面，提供了所述的装置在抽油烟机的风机管道风速中的应用。
本发明的有益效果为：
1、本发明整体长度为400mm，预荷电级装置和收集级装置间距在20mm以保证两级间的电势相互干扰最小，既保证了本发明具有体积小的优点，又最大限度保证了本发明的除尘效率。
2、本发明中预荷电级装置的放电电极工作电压为-10kv，在保证本发明正常工作的前提下减小了因意外导致火灾的风险。
3、本发明工作风速可达5m/s，能适配市面上抽油烟机的风机所在管道风速。
4、本发明通过增加了布置在放电电极周边的接地电极数目，使产生的空间电荷密度的最小值减少，空间电荷的分布形状从椭圆状改善成圆状，从而提高了颗粒的荷电量，使颗粒在收集级装置中获得更大的电场力而更快抵达收集级装置的接地电极，增强了本发明的除尘效率。
5、本发明中预荷电级装置和收集级装置采用结构化的最小型设计，可以通过堆叠横向实现拓展，增强了本发明适应不同安装环境宽度的能力。
附图说明
图1为一种应用于高风速下的紧凑型两级式静电除气溶胶颗粒装置的外形结构示意图；
图2为一种应用于高风速下的紧凑型两级式静电除气溶胶颗粒装置内部结构示意图；
图3为本发明与预荷电级无改进的普通两级静电除尘器的空间电荷密度最小值对比图；
图4为本发明与预荷电级无改进的两级静电除尘器的除尘效率对比图。
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明包括绝缘外壳1、第一接地电极2、第一放电电极3、第二接地电极4、第三接地电极5、第四接地电极6、第二放电电极7、第五接地电极8、第六接地电极9、第七接地电极10、第八接地电极11、第一偏转电极12、第九接地电极13、第二偏转电极14、第十接地电极15、第十一接地电极16、第十二接地电极17。
所述预荷电级装置包含第一接地电极2、第一放电电极3、第二接地电极4、第三接地电极5、第四接地电极6、第二放电电极7、第五接地电极8、第六接地电极9、第七接地电极10、第八接地电极11、第十接地电极15、第十一接地电极16、第十二接地电极17。
所述收集级装置包含第六接地电极9、第一偏转电极12、第九接地电极13、第二偏转电极14、第十二接地电极17。
所述第六接地电极9、第十二接地电极17为预荷电级装置和收集级装置公用接地电极。
进一步说，第一放电电极3、第二放电电极7直径为0.2mm，与第三接地电极5、第六接地电极9、第十二接地电极17的间距均为20mm，第一放电电极3、第二放电电极7工作电压固定为-10kv，在保证电晕放电正常进行的前提下并保证安全性。
进一步说，第一放电电极3、第二放电电极7需布置在第三接地电极5的中垂线上，以保电晕放电对接地电极的利用。
进一步说，第三接地电极5长度为60mm，需保证长度为第一放电电极3、第二放电电极7到其距离的3倍，以保证为最佳的电晕放电配置。
进一步说，第一接地电极2、第二接地电极4、第十接地电极15、第十一接地电极16直径均为1mm，与第一放电电极3间距为25mm。第一接地电极2、第十一接地电极16与第十二接地电极17间距为13mm；第二接地电极4、第十接地电极15与第三接地电极5间距为13mm。该布置距离能保证对流场的影响最小，同时能最大限度改善空间电荷的分布。
进一步说，第四接地电极6、第五接地电极8、第七接地电极10、第八接地电极11直径均为1mm，与第二放电电极7间距为25mm；第四接地电极6、第八接地电极11与第三接地电极5间距为13mm；第七接地电极10、第八接地电极11与第六接地电极9间距为13mm。该布置距离能保证对流场的影响最小，同时能最大限度改善空间电荷的分布。
进一步说，第一偏转电极12、第二偏转电极14工作电压为-10kv，以保证电场分布均匀。
进一步说，第六接地电极9、第一偏转电极12、第九接地电极13、第二偏转电极14间距相同，以保持电场稳定。
进一步说，所有部件均连接到绝缘外壳1上，所使用连接方式包括但不限于粘连、螺钉连接、螺栓连接等。
进一步说，绝缘外壳1上可以开孔，以方便电源和地线连接。
该装置的具体工作过程如下：
电晕放电的起晕电压(皮克定律)为：
其中，δ为与常温常压下相比的环境系数，r为放电电极的半径，d为放电电极到接地电极的距离。
根据皮克定律，由于第一放电电极3、第二放电电极7工作电压大于起晕电压，会产生电晕放电现象。电晕放电会在放电电极周围产生大量的负离子，并在电场作用下朝接地电极运动，因此形成空间电荷场。携带颗粒的气流进入预荷电级装置后，负离子会与颗粒相结合，形成带电颗粒。由于增加了接地电极的数目，空间电荷分布从椭圆状变成圆状，分布范围更广。同时，空间电荷密度最小值减小，表明空间中负离子数目增加。因此，颗粒在通过预荷电级装置时所荷电量将增加。
带电颗粒随气流进入收集级装置后，会受到电场力的作用。由于电场力方向垂直于气流流动方向，因此颗粒会偏向第六接地电极9、第九接地电极13、第十二接地电极17运动，并在电极上沉积。由于颗粒荷电量增加，所受电场力也会增加，进而能在更短的时间内抵达接地电极，从而更好的完成颗粒去除工作。
如图3所示，试验条件为常温常压下，本发明中的预荷电级装置产生的空间电荷密度最小值为预荷电级无改进的两级式静电除尘器的1.2倍。更低的空间电荷密度值，表明产生了更多的负离子。空间中存在负离子的数量更多，颗粒与其碰撞概率更高，所荷电量将更多。
如图4所示，试验条件为常温常压下，在5m/s风速下本发明与预荷电级无改进的两级式静电除尘器相比除尘效率更高。除0.8微米颗粒外，其余粒径的颗粒均有提高。其中，2微米颗粒提高了1.35％的除尘效率，4微米颗粒提升了16.35％的除尘效率。
Claims (6)
1.应用于高风速下的紧凑型两级式静电除气溶胶颗粒装置，包括预荷电级装置、收集级装置和外壳装置，其特征在于：
预荷电级装置，产生负离子对颗粒进行荷电；
收集级装置，收集在电场力作用下偏转到接地电极的颗粒；
外壳装置，提供绝缘保护；
所述预荷电级装置包含放电电极、接地电极；所述接地电极排列在放电电极周围；使产生的空间电荷密度的最小值减少，空间电荷的分布形状从椭圆状改善成圆状，从而提高颗粒的荷电量。
2.根据权利要求1所述的应用于高风速下的紧凑型两级式静电除气溶胶颗粒装置，其特征在于：所述收集级装置包含偏转电极、接地电极；所述偏转电极和集尘板保持平行，交替排列。
3.根据权利要求1所述的应用于高风速下的紧凑型两级式静电除气溶胶颗粒装置，其特征在于：所述外壳装置为绝缘材料制造，整体包裹预荷电级装置和收集级装置，保留进风口、出风口。
4.根据权利要求1所述的应用于高风速下的紧凑型两级式静电除气溶胶颗粒装置，其特征在于：预荷电级装置中的放电电极直径为0.2mm，工作电压为-10kv，接地电极有四个，以放电电极为中心呈矩形布置。
5.根据权利要求2所述的应用于高风速下的紧凑型两级式静电除气溶胶颗粒装置，其特征在于：收集级装置中的偏转电极工作电压为-10kv。
6.一种权利要求1至5中任一项所述的装置在抽油烟机的风机管道风速中的应用。
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