專利名稱：用于從氣流中分離微粒和或液滴狀物質的方法和工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種從氣流中分離微粒和/或液滴狀物質的方法，在該方法中，氣流通過集氣室，集氣室的外壁接地；和在該方法中，高壓電通到設置在集氣室中的離子發生尖端上，使得將想得到的物質從氣流中分離的離子束到達用作收集表面的內壁。本發明還涉及使用所述方法的裝置。
目前，過濾器、旋風收塵器或例如電過濾器或離子吹氣方法的電學方法，應用在氣體凈化系統中和用于從氣流中分離微粒。
在使用過濾器時，由于速度的增加會產生很強的氣阻，在織物或金屬過濾器中流動氣體的速度必須保持很低。隨著速度的增加過濾器的分辨力也減小。例如，對于微過濾器，氣流速度大體上小于0.5米/秒。另外，當涉及到納米級微粒(例如從一納米到幾打納米直徑的微粒)時，采用已有技術不可能取得好的凈化效果。
旋風式收塵器的工作是基于氣流速度的減小，使得氣流中的重微粒下落進入收集元件。由于重微粒有較高的下落速度，因此旋風式收塵器可應用于分離重微粒。
在電過濾器中，微粒從氣體中分離是在收集板上或到管的內表面進行的，在電過濾器中氣流的速度一般要在1.0米/秒以下，制造商的建議為約0.3-0.5米/秒。小氣流速度的原因是較高流速使微粒聚積在板上，使得分辨力相當大地降低。電過濾器的工作基于微粒的靜電荷。然而，不可能使納米級的微粒帶電荷。另外，不是所有的物質都可帶電荷，例如不銹鋼。
在電過濾器中，由于收集板的清潔階段也要采用低氣流速度。在清潔這些板時，向板吹氣，使收集的微粒物質脫落。意圖是在凈化階段，只有最小可能量的從板上釋放的微粒材料回到流動氣體中。用小氣流速度可實現容許的微粒通過。
下面參照附圖描述已有技術，其中

圖1表示根據已有技術在離子吹氣方法中采用的設備；和圖2表示采用離子吹氣方法用于凈化氣體的已有技術的方法。
圖1表示根據已有技術用于凈化氣體的裝置。所示裝置包括用于引入將要凈化的氣體的入口1，用于凈化過的氣體的出口2，電壓電纜3，絕緣體4，接地集氣室5，通電的固定棒6，包括幾個離子發生尖端7，振動裝置8，用于收集到的微粒的回收管道9，和電壓源10。
在圖1中，例如，進入建筑物的空氣或要再循環的空氣導入集氣室5來凈化。待凈化的空氣通過入口1進入集氣室5，上升并且凈化后，通過出口2排出。凈化是通過設置在通電的固定棒6上并經電壓電纜3連接到電壓源10的離子發生尖端7使氣體離子化實現的，電壓源10可將正或負(如圖所示)高壓電加到固定棒6上。
換句話說，正或負離子氣通向氣體，并且將帶電微粒和不帶電微粒連同離子氣一起送到收集表面5。離子發生尖端7指向用作微粒收集表面的接地集氣室5。通過絕緣體4，集氣室5與通電部件6、7絕緣。約70-150kV的電壓加到離子發生尖端7上，設定離子發生尖端7與集氣室5之間的距離，使得可以產生圓錐離子氣效應，從而將帶電和不帶電微粒送到集氣室5的內壁上，并由于集氣室5的墻壁的0電荷與離子氣的電荷之間的電荷差而粘附在墻壁上。離子發生尖端與收集墻壁之間的距離，通常為200-800mm。
圖1還表示用于通過振動凈化集氣室5的振動裝置8。振動裝置設計成使得集氣室振動，收集到的微粒落下并通過回收管道9排出。收集到的物質也可通過用水沖洗而清走。
離子吹氣方法的特征在于通過高電壓實現的電暈效應，使得電壓強度增加到足以使從離子發生尖端到所要的接地結構而產生離子氣效應。對于每個氣體分離作用，需要單獨計算離子發生尖端的數量。離子束方法已經在例如專利出版物EP-424335中很詳細地描述。
根據已有技術借助離子吹氣方法用于在集氣室內凈化氣體的解決方案已表示在圖2中。圖中表示用于凈化過的氣體的出口2，接地的集氣室5和通電的固定棒6，包含幾個離子發生尖端7。另外，圖中示出離子氣11，在集氣室5中微粒的自然增長12、13和14，和氣流15。圖1和2中的解決方案的特征在于環22中離子發生尖端的位置，借助環，離子發生尖端和收集表面之間的距離縮短了。
尤其在工業里，必須在一秒鐘內將幾千克物質從大氣流中分離出來，特別是因為采用高電壓，離子束設備相對較大。
在幾條工業生產線中，很難找到在離子吹氣方法中用于設備所需的空間。
本發明的目的是提供一種方法和裝置，用此方法和裝置，微粒和/或液滴狀物質可從氣流中分離出來，可從根本上減小能量要求且可改進用于聚積在收集板上的微粒物質的去除方法。
在本發明的方法中，通過推-拉法將雜質從氣流中分離，其特征在于導電收集表面與外殼電絕緣，和高壓電加到收集表面上，該高電壓與加到離子發生尖端上的高電壓相比具有直流電壓的相反符號。與上述公知離子吹氣方法相比，區別在于本發明的方法在離子發生尖端與集氣室的壁之間有作為附加能量的電場。在對收集表面通以高壓電時，電收集表面的前面產生電場，將帶有相反符號的離子和帶有相反電荷的微粒拉向收集表面。采用所述推—拉方法，實現了更好的分離，使得離子發生尖端不需要排列成環狀，但離子發生尖端可直接連接到固定棒上。
通過采用本發明的方法，工作電壓與圖2示出的已有技術的方法相比減小到1/3-1/4。同時，用于完成相同數量空氣和相同凈化水平的費用大大降低，甚至到1/3。
本發明另外的目的是提供一種用于實施上述發明的方法的裝置。本發明的裝置的特征在于導電收集表面與外殼電絕緣，和高壓電從電壓源加到收集表面上，該高壓電與加到離子發生尖端上的高電壓相比具有直流電壓的相反符號。在本發明的實施例中，在電絕緣材料與外殼之間有空間。
接下來參照附圖更詳細地描述本發明，其中圖1表示在離子吹氣方法中使用的已有技術的裝置；圖2表示用于借助離子吹氣方法凈化氣體的已有技術的方法；圖3表示根據本發明分離裝置的結構和原理。
圖1和2上面已描述過。接下來參照表示本發明的實施例的圖3描述本發明的解決方案。
圖3表示本發明的分離裝置，它的結構和工作原理。圖中示出用于凈化過的氣體的出口2，接地外殼5，和包含幾個離子發生尖端7的通電的固定棒6。
另外，圖中示出離子束11和氣流15。此外，圖中示出設置在集氣室的外殼5與電絕緣材料層17之間的氣隙16，和在電絕緣材料層17的內表面上的導電表面18。借助固定件21電絕緣材料層17連接到外殼5上。與加到離子發生尖端7上的高壓電(圖中為負)相對比，帶有直流電壓的相反符號的電壓，圖中為正，加到導電表面18上。這樣，電壓是相反的，即離子發生尖端7為正而導電表面18為負，或離子發生尖端為負而導電表面為正。離子發生尖端7的電壓基本上等于收集表面的電壓，即導電表面18，但有可能采用不同大小的電壓。等電壓的優點是高壓電中心的簡單結構。采用等電壓也得到了更好的凈化結果。
圖3還示出在導電表面18前面的充滿正電場的空間19；由于正高壓電通到表面18，空間19帶正電荷。然后當電場釋放聚積的微粒時，由于導電表面18的電荷變反，即負電荷的情況，聚積的物質釋放，并落到集氣室底部的回收管道(圖1中的標號9)。這樣，在本發明設計中不需要振動裝置。然而，當需要時也可使用振動裝置。收集表面最常規的凈化是通過用液體沖洗自動完成，從而能夠計劃想要的凈化時間間隔和凈化時間。在用液體沖洗時，凈化液體從噴射管20供給，當液體沿收集表面18流動時，液體從表面18除去聚積的微粒。當需要時，也可在凈化劑中使用例如消毒劑。
如上所示，通過改變導電收集表面18的電荷，使得聚積的物質或者停留在表面上或從表面去除。用在裝置中的電荷約為10-60kV，優選地約為30-40kV，電流約為0.05-5.0mA，優選地約為0.1-3.0mA。
電絕緣材料17設置在通電的收集表面18上，并表示在圖3中，電絕緣材料17可以是玻璃、塑料或某些其它絕緣高壓電的類似材料，優選地絕緣材料17為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。
此外，圖3所示的并設置在電絕緣材料17上的平面導電層由金屬構成，例如在絕緣材料層上的薄金屬板或膜，或部分或全部地設置在絕緣材料層上或絕緣材料層內側的導線絲網。特別優選的是，導電元件包括設置在絕緣材料層上并通過真空蒸發金屬化處理的硬鉻層。也可使用其它金屬化方法，象金屬膜的粘附，和其它固定方法。
采用根據本發明的方法，即使微粒和液滴狀非常小的固體微粒，可有效地從氣流中分離出來。氣體的處理在腔室、管道或管狀結構中進行，其中氣體通向離子束。離子束產生沖力將收集到材料打向收集表面，并同時用電容器使微粒帶電荷。對收集表面施加相反符號的電場，用拉力將使滴狀的微粒或材料收集到收集表面上。這樣，離子束的沖力和電場的拉力可使微粒從氣流中脫離。
根據本發明的方法，離子產物可以是負或正離子類型的產物。
例如，在遺傳研究實驗室中可安裝根據本發明的離子束設置，在該實驗室中帶有至少1nm直徑的微粒可從DNA線(DNA threads)中釋放。在這些實驗室中，因為不能使納米級微粒帶電，傳統的電過濾器的工作不能令人滿意。
根據本發明的氣體凈化方法通常用于空氣凈化，例如很適合應用于醫院中的隔離室、操作間、制造微型芯片的工廠、和防止生物武器進入的房間的進氣口。
這樣，本發明的應用范圍包括所有的房間、和進氣和出氣的凈化。用本發明的方法可對帶有1nm-100,000nm大小微粒和液滴的空氣進行凈化，也可對如果沖洗模式需要大量的水，當收集表面的電壓可能被關掉，在收集表面的沖洗期間進行連續的空氣凈化。
根據本發明的方法還可應用在用于氣體和煙氣的各種凈化設備中，例如基于氣流過濾器、旋風收塵器、電過濾器、材料分流器或離子吹氣方法的凈化設備中。本方法的標準型適于家庭和辦公室中房間的空氣凈化。
采用根據本發明的方法，可對從一納米直徑的微粒到幾百微米大小的微粒進行分離。微粒特殊的重力或電容都不防礙分離。氣體從帶有不同大小微粒的直到純凈的都可凈化。
顯然對于本領域技術人員來說，用于將微粒和/液滴狀物質從氣體中分離的方法和裝置并不限于上述實例，但它們基于下列權利要求。
權利要求
1.用于從氣流中分離微粒和/或液滴，特別是帶有一納米到幾打納米直徑的微粒和/或液滴狀物質的方法，其中氣流(15)通過集氣室，集氣室的外壁(5)接地，和高壓電加到設置在集氣室內的離子發生尖端(7)上，使得從離子發生尖端(7)發生的，從氣流中分離想要分離的物質的離子束(11)射向用作收集表面的壁，其特征在于導電收集表面(18)與外殼(5)電絕緣，所述電絕緣基本上是對所述收集表面(18)的整個表面，和與加到離子發生尖端上的高壓電相比具有直流電壓的相反符號的高壓電加到收集表面(18)上。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于10-60kV，優選地30-40kV的電壓用在本方法中，和0.05-5.0mA，優選地0.1-3.0mA的電流用在本方法中。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于對導電表面(18)施加電荷，使得聚積在壁上的物質從壁表面分離。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于通過用液體沖洗收集表面(18)使聚積在壁上的物質脫落。
5.用于從氣流中分離微粒和/或液滴，特別是帶有一納米到幾打納米直徑的微粒和/或液滴狀物質的裝置，該裝置包括—用于通入將要凈化的空氣的入口(1)；—集氣室外壁(5)，所述外壁(5)接地；—用于凈化過的氣體的出口(2)；—帶有執行機構的電壓源(10)；—通電的固定元件(6)，離子發生尖端(7)排列在固定元件(6)上，且高壓電加到離子發生尖端(7)上，從離子發生尖端(7)向收集表面(18)發出離子束(11)，其特征在于導電收集表面(18)與外殼(5)電絕緣；和與加到離子發生尖端(7)上的高壓電相比具有直流電壓的相反符號的高壓電從電壓源(10)加到收集表面(18)上。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于在電絕緣材料(17)與外殼(5)之間設有空間(16)。
7.根據權利要求5或6所述的裝置，其特征在于收集表面的電絕緣材料(17)是玻璃、塑料、或絕緣高壓電的類似材料。
8.根據權利要求5-7中任一權利要求所述的裝置，其特征在于所述絕緣材料(17)是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。
9.根據權利要求5-8中任一權利要求所述的裝置，其特征在于所述平面導電表面(18)由金屬構成。
10.根據權利要求5-9中任一權利要求所述的裝置，其特征在于導電表面(18)是層，該層為例如導線絲網，導電并全部或部分地設置在絕緣材料層(17)的內表面或絕緣材料層(17)的內側。
11.根據權利要求5-10中任一權利要求所述的裝置，其特征在于導電表面(18)是薄金屬層，該薄金屬層優選地為薄鉻層。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特征在于所述薄金屬層是通過使用真空蒸發金屬化設置在絕緣材料(17)上的。
全文摘要
本發明涉及一種用于從氣流中分離微粒和/或液滴狀物質的方法和裝置,其方法是氣流通過集氣室,集氣室的外壁接地,其中高壓電加到設置在集氣室內的離子發生尖端上,這樣從離子發生尖端向收集表面提供離子氣,從氣流中分離想要分離的物質。本發明的特征在于導電收集表面與外殼電絕緣;和與加到離子發生尖端上的高電壓相比具有直流電壓的相反符號的高電壓加到收集表面上。根據本發明的實施例,電絕緣材料由ABS構成,和導電表面包括設置在絕緣材料層上薄鉻層。
文檔編號B03C3/78GK1346296SQ00804600
公開日2002年4月24日 申請日期2000年3月3日 優先權日1999年3月5日
發明者維科·伊爾馬斯蒂 申請人:維科·伊爾馬斯蒂