ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК B03C3/00 B03C3/38 

Изобретение относится к очистке воздуха путем отделения твердых частиц с помощью электростатического разделения материалов, например с помощью электрофильтров.

Известен двухзонный электрофильтр, содержащий заключенные в корпус источник высокого напряжения, ионизатор (так называемую зону зарядки), состоящий из коронирующих и некоронирующих электродов, осадитель (так называемую зону осаждения), состоящий из набора пластин, соединенных через одну соответственно с высоковольтным и заземленным выводами источника высокого напряжения [1, с 148] . Электрофильтры, используемые внутри птицеводческих (животноводческих) помещений, снабжаются собственными вентиляторами [2, с 222] . Именно такой воздухоочиститель, содержащий вентилятор с электродвигателем, источник высокого напряжения, ионизатор и осадитель, был взят нами в качестве прототипа.

Недостатком вышеуказанного воздухоочистителя является его ненадежность, что обусловлено относительно низким внутренним сопротивлением высоковольтного источника с полупроводниковыми элементами (десятки МОм): в процессе работы в ионизаторе и осадителе происходят межэлектродные замыкания, вызванные попаданием в межэлектродный промежуток частиц больших размеров, что отрицательно влияет на работу высоковольтного источника и может привести к выходу его из строя, следствием чего является перерыв в работе устройства в целом. Кроме того, такие воздухоочистители обладают повышенной электроопасностью.

Задачей изобретения является повышение надежности устройства при одновременном повышении электробезопасности.

Технический результат достигается тем, что в электрическом воздухоочистителе, содержащем заключенные в корпус вентилятор с электродвигателем, источник высокого напряжения, ионизатор, состоящий из коронирующих и некоронирующих электродов, осадитель, состоящий из набора пластин, соединенных через одну соответственно с высоковольтным и заземленным выводами источника высокого напряжения, согласно изобретению источник высокого напряжения содержит диэлектрический барабан, диэлектрическую накладку и металлический коллектор, причем барабан имеет длину не менее 90 мм, диаметр не менее 140 мм и закреплен на валу электродвигателя вентилятора, накладка в форме параллелепипеда одной стороной, имеющей длину, равную длине барабана, контактирует с боковой поверхностью барабана, другой укреплена на неподвижной заземленной металлической подложке, а отбор высокого потенциала осуществляется с помощью не контактирующего с барабаном коллектора, электрически соединенного с коронирующими электродами ионизатора и высоковольтными электродами осадителя. Коллектор выполнен в виде пластины длиной, равной длине барабана, имеет обращенную к барабану кромку пилообразной формы и расположен на расстоянии не более 3 мм от боковой поверхности барабана со стороны выбега последнего из-под накладки.

Такой источник обеспечивает повышение надежности устройства, т. к. обладает сравнительно высоким внутренним сопротивлением (десятки ГОм): при межэлектродном замыкании в ионизаторе и/или осадителе напряжение источника падает до нуля, после устранения замыкания напряжение источника за 40. . . 60 с достигает рабочего значения, при этом не происходит выхода источника из строя.

Как показали испытания, за счет большого внутреннего сопротивления такой источник высокого напряжения обладает и повышенной электробезопасностью, т. к. допускает непосредственное касание руками высоковольтных частей.

Оптимальные параметры источника (профиль кромки коллектора, месторасположение коллектора, h≤3 мм, 1≥90 мм, d≥140 мм, c= 1) обосновываются приведенными ниже экспериментальными данными. В качестве основного критерия оптимальности принят ток коронного разряда, поскольку с его увеличением растет, как известно, и степень очистки воздуха в электрофильтре.

Профиль кромки коллектора, обращенной к барабану, влияет на значение тока коронного разряда в ионизаторе:
- сила тока коронного разряда при коллекторе с кромкой, имеющей профиль кисточки, состоящей из 14 медных проволок диаметром 0,2 мм - 2,1 мкА;
- сила тока коронного разряда при коллекторе с кромкой, имеющей прямолинейный профиль - 2,4 мкА;
- сила тока коронного разряда при коллекторе с кромкой, имеющей пилообразный профиль - 2,9 мкА.

Коллектор с кромкой, имеющей пилообразный профиль, обеспечивает большее значение тока коронного разряда.

На ток коронного разряда I в ионизаторе оказывает влияние положение коллектора относительно барабана:
Угол α, град - I, мкА
90 - 4,0±0,2
135 - 3,8±0,2
180 - 2,7±0,2
225 - 2,0±0,2
270 - 1,9 ±0,2
При α= 90^o и 135^o значения тока коронного разряда достоверно не различаются (доверительный интервал ±0,2 мкА определен с уровнем значимости 0,05), дальнейшее увеличение α приводит к существенному снижению тока. Поэтому можно считать, что наибольшее значение тока коронного разряда получается при α≤135^o, т. е. при расположении коллектора со стороны выбега барабана из-под накладки.

Ток коронного разряда в ионизаторе также зависит от расстояния h между пилообразной кромкой коллектора и боковой поверхностью барабана:
h, мм - I, мкА
2 - 4,3±0,1
3 - 4,1±0,1
4 - 4,0±0,1
6 - 3,5±0,1
8 - 3,2±0,1
10 - 3,0±0,1
12 - 2,6±0,1
При h = 2 и 3 мм значения тока коронного разряда можно считать практически одинаковыми (ввиду касания доверительных интервалов ±0,1 мкА, определенных с уровнем значимости 0,05), дальнейшее увеличение h приводит к существенному снижению тока. Поэтому можно считать, что для получения максимального тока расстояние от пилообразной кромки коллектора до барабана должно быть не более 3 мм.

Длина l барабана оказывает влияние на напряжение ионизатора и осадителя U и ток коронного разряда I: (см. табл. 1).

Диаметр d барабана оказывает влияние на электрические параметры устройства: (см. табл. 2).

Длина с накладки оказывает влияние на электрические параметры устройства: (см. табл. 3).

Наибольшее значение тока коронного разряда получается при c/l= 1, т. е. при длине накладки, равной длине барабана.

Таким образом, для достижения указанной цели наличие каждого признака необходимо, а всех вместе достаточно.

На чертеже представлен заявленный электрический воздухоочиститель. Устройство состоит из заключенных в корпус (не показан) вентилятора 1 с электродвигателем 2; источника высокого напряжения 3; ионизатора 4 с коронирующими электродами 5, подключенными к коллектору 6, и некоронирующими электродами 7, соединенными с металлической заземленной подложкой 8; осадителя 9 с высоковольтными 10 и осадительными 11 электродами, соединенными соответственно с коллектором 6 и заземленной подложкой 8. Источник высокого напряжения, содержит диэлектрический барабан 12, диэлектрическую накладку 13 и металлический коллектор 6, причем барабан 12 закреплен на валу электродвигателя 2, накладка 13 одной стороной контактирует с боковой поверхностью барабана 12, другой укреплена на неподвижной заземленной металлической подложке 8.

Устройство работает следующим образом.

При вращении электродвигателя вентилятора происходит взаимное натирание диэлектрических барабана (12) и накладки (13), соединенной посредством металлической подложки (8) с землей. В результате этого заряды одного знака накапливаются на наружной поверхности барабана, а противоположные по знаку заряды стекают с накладки (13) на землю. Высокий потенциал снимается с поверхности барабана металлическим коллектором (6) (посредством электрического разряда) и подается на коронирующие электроды (5) ионизатора и высоковольтные электроды (10) осадителя. Очищаемый воздух, подаваемый вентилятором, проходит через поле униполярного коронного разряда, создаваемого в ионизаторе между коронирующими (5) и некоронирующими (7) электродами. Взвешенные в воздухе частицы пыли заряжаются за счет ионной зарядки и поступают в осадитель, где под действием электрических сил частицы пыли, несущие на себе избыточный заряд, осаждаются на его электродах. Пример конкретного выполнения изобретения. Длина устройства - 210 мм, входное сечение - 140•140 мм. Коронирующий электрод выполнен из нихромовой проволоки диаметром 0,2 мм, размер некоронирующих электродов - 140•60 мм. Ионизатор состоит из двух секций, установленных параллельно воздушному потоку. Межэлектродное расстояние в ионизаторе - 35 мм. Размер электродов осадителя - 140•140 мм, межэлектродное расстояние в осадителе - 3,5 мм. Длина диэлектрического барабана l= 90 мм, диаметр d= 140 мм. Скорость вращения барабана ω= 298 рад/с. Накладка имеет длину с= 90 мм, толщину - 37 мм, высоту - 90 мм. Параметры зуба коллектора, полученные в результате оптимизации, следующие: высота зуба - 10 мм, ширина основания зуба - 20 мм. Коллектор располагается со стороны выбега барабана из-под накладки, при этом угловая координата α (фиг. 1) равна 90^o. Расстояние от пилообразной кромки коллектора до боковой поверхности барабана h= 3 мм.

Напряжение источника при подключенных ионизаторе и осадителе составляет 8,2±0,6 кВ. Ток коронного разряда в ионизаторе - 10 мкА, степень очистки воздуха в устройстве при скорости воздушного потока 0,6 м/с равна 0,95.

Список литературы
1. Пирумов А. И. Обеспыливание воздуха. - М. : Стройиздат, 1981, 296 с.

2. Электротехнология / А. М. Басов, В. Г. Быков, А. В. Лаптев, В. Б. Файн. - М. : Агропромиздат, 1985, 256 с.

Изобретение относится к очистке воздуха путем отделения твердых частиц с помощью электростатического разделения материалов, например с помощью электрофильтров, и обеспечивает повышение надежности устройства при одновременном повышении электробезопасности. Источник высокого напряжения содержит диэлектрический барабан, диэлектрическую накладку и металлический коллектор. Барабан имеет длину не менее 90 мм, диаметр не менее 140 мм и закреплен на валу электродвигателя вентилятора. Накладка в форме параллелепипеда одной стороной, имеющей длину, равную длине барабана, контактирует с боковой поверхностью барабана, другой укреплена на неподвижной заземленной металлической подложке. Отбор высокого потенциала осуществляется с помощью коллектора, электрически соединенного с коронирующими электродами ионизатора и высоковольтными электродами осадителя. Коллектор выполнен в виде пластины длиной, равной длине барабана, имеет обращенную к барабану кромку пилообразной формы и расположен на расстоянии не более 3 мм от боковой поверхности барабана со стороны выбега последнего из-под накладки. 1 ил. , 3 табл.

Электрический воздухоочиститель, содержащий заключенные в корпус вентилятор с электродвигателем, источник высокого напряжения, ионизатор, состоящий из коронирующих и некоронирующих электродов, осадитель, состоящий из набора пластин, соединенных через одну соответственно с высоковольтным и заземленным выводами источника высокого напряжения, отличающийся тем, что источник высокого напряжения содержит диэлектрический барабан, диэлектрическую накладку и металлический коллектор, причем барабан имеет длину не менее 90 мм, диаметр не менее 140 мм и закреплен на валу электродвигателя вентилятора, накладка в форме параллелепипеда одной стороной, имеющей длину, равную длине барабана, контактирует с боковой поверхностью барабана, другой укреплена на неподвижной заземленной металлической подложке, а коллектор выполнен в виде пластины длиной, равной длине барабана, имеет обращенную к барабану кромку пилообразной формы, расположен на расстоянии не более 3 мм от боковой поверхности барабана со стороны выбега последнего из-под накладки и электрически соединен с коронирующими электродами ионизатора и высоковольтными электродами осадителя.