專利名稱：場效應磁約束除塵器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種環保除塵設備——場效應磁約束除塵器技術背景 目前國內外用于治理粉塵污染的高壓靜電除塵器的除塵原理是將粉塵荷電，帶電粉塵在電場力的作用下趨向集塵電極并沉積。袋式除塵器是使含粉塵的氣體流經濾袋，氣體通過濾袋，而粉塵卻過濾在濾袋上。旋風除塵器是使氣流旋轉，靠離心力使粉塵與氣流分離。
本發明試圖提出一種采用電場及磁場對帶電粉塵進行過濾的除塵器。
發明內容
本發明場效應磁約束除塵器的結構是由殼體，入風口，出風口，高壓電源，荷電電源，限流元件，荷電正極、荷電負極、磁組、過濾電場陽極和過濾電場陰極組成的，其主要特征是在氣流的通路上設置荷電正極與荷電負極以形成荷電電場，荷電電場使粉塵帶電，設置過濾電場陽極和過濾電場陰極以形成強阻擋電場阻擋和撲集帶電粉塵，設置磁組以形成強約束磁場把帶電粉塵和帶電粒子約束在磁場內，使粉塵粒子從氣流中分離出來。
在一臺除塵器中強阻擋電場和強約束磁場可都設置，也可只設置強阻擋電場或只設置強約束磁場。
在強阻擋電場和強約束磁場都設置時，磁場設置在電場中或電場設在磁場中，帶電粒子同時受到洛倫茲力和電場力的共同作用。對于電中性的粉塵，在微觀上是由電量相等的正電荷與負電荷組成的，兩種電荷受到洛倫茲力和電場力的作用，正負電荷的重心發生偏移，宏觀上粉塵呈電極性，由于在磁場中約束了大量的電子和正離子，因此呈現電極性的粉塵在約束磁場中易被荷電，荷電的粉塵立刻受到磁場的約束及電極的撲集。
荷電正極與荷電負極成行相間排列，或成列相間排列。成列相間排列時，相鄰兩列的荷電正極與荷電負極交錯放置。這樣就在每相鄰兩列電極之間形成阻擋電場。因此說荷電正極與荷電負極之間的荷電電場具有使粉塵荷電及阻擋某種帶電粉塵的雙重功能。荷電正極本身吸附帶負電的粉塵，荷電負極吸附帶正電的粉塵。
在荷電電場之后設置過濾電場陽極和過濾電場陰極，過濾電場陽極和過濾電場陰極互相平行且與氣流方向垂直。在過濾電場陽極和過濾電場陰極上均勻密布著窄小的通道供氣流通過。高壓電源的正極接過濾電場陽極，負極接過濾電場陰極，在過濾電場陽極和過濾電場陰極之間形成強阻擋電場。高壓電源可采用直流高壓電源或采用頻率為幾十赫茲到幾兆赫茲的帶直流高壓偏置的交流電源。
強約束磁場設在荷電電場之后，強約束磁場由磁組產生，磁組可采用電磁或永磁體，磁組可橫向放置，也可縱向或斜向放置，磁極之間的氣隙具有強磁場，當氣流經過氣隙時，氣隙中的強磁場把帶電粉塵及各種帶電粒子約束在磁場里。
電場是帶電粉塵的有效阻擋場，電中性的氣體可從電場中通過。當電場的方向與氣流方向相同時，電場對帶負電的粉塵有強阻擋作用，當電場的電場方向與氣流方向相反時，電場對帶正電的粉塵有強阻擋作用。這種對帶電粉塵有強阻擋效應的電場稱為過濾電場，對帶負電的粉塵有強阻擋效應的電場稱為負過濾電場，對帶正電的粉塵有強阻擋效應的電場稱為正過濾電場過濾電場陽極近旁的電場對帶正電的粉塵通路起夾斷作用，它阻止帶正電的粉塵從過濾電場陽極上的氣體通道上通過，過濾電場陽極的電位越高，夾斷作用越強。過濾電場陽極對帶負電的粉塵有吸附作用，過濾電場陽極的電位越高，吸附作用越強。同理，過濾電場陰極近旁的電場對帶負電的粉塵通路起夾斷作用，過濾電場陰極對帶正電的粉塵有吸附作用。
過濾電場陽極和過濾電場陰極對粉塵有感應帶電的作用，會使粉塵呈現電極性，對于電介質粉塵也會使其極化。被極化的粉塵會被高壓電極吸附。
以負過濾電場為例分析帶負電粉塵被電場過濾應滿足的條件。設一帶負電的粉塵質量為M，帶電量的絕對值為Q，進入電場時的速度為v，過濾場兩電極之間的電位差為U.則帶電粉塵進入電場時所具有的動能為 帶電粉塵從過濾電場陽極到過濾電場陰極克服電場力所做的功為QU.
當12MV2<QU,]]>即就是當U>12MV2/Q]]>時，此粉塵不能穿過負過濾電場，當其能量被耗盡時，它又在電場力的作用下返回過濾電場陽極。由不等式可看出，速度V越小，Q/M越大，過濾電場兩電極之間的電位差U越高，濾塵效率越高。而Q/M為帶電粉塵的荷質比，荷質比Q/M越大，粉塵濾除效果越好。粉塵質量M是粉塵所固有的，能夠人為改變的參數有V、Q和U.帶電粉塵粒子的動能與速度平方成正比，因此降低速度是提高電場濾塵效率的有效辦法，而提高電位差U是增強過濾電場濾塵能力的簡便途徑，過濾電場對帶電粉塵的濾除能力取決于電位差U的高低，而與過濾電場內的電場強度無關。提高荷質比Q/M使粉塵帶更多的電荷是提高過濾電場濾塵效率的先決必要條件，增大荷電電極的距離以采用高壓供電或采用脈沖電源供電可大大提高Q/M。
在提高電位差U時，為保證過濾電場的空間不被擊穿短路，一個途徑是增大過濾電場兩電極之間的距離，另一途徑是在過濾電場電極表面覆蓋介質絕緣層，這種覆蓋介質絕緣層的電極叫絕緣極。稱采用絕緣極的除塵器為絕緣極場效應除塵器。對于比電阻低的粉塵，過濾電場兩電極均可采用絕緣極，對于比電阻高的粉塵，正過濾電場的過濾電場陽極采用絕緣極，負過濾電場的過濾電場陰極采用絕緣極。若高壓電源采用頻率為幾十赫茲到幾兆赫茲的帶直流高壓偏置的交流電源，當電源電壓足夠高時，在過濾電場陽極和過濾電場陰極之間產生介質阻擋電暈放電，因此不僅對帶電粉塵有阻擋作用，而且可使粉塵充分荷電，特別是解決了微細粉塵荷電難的問題。
對于帶正電的粉塵，一旦進入負過濾電場，電場力就會對其做功，它就會穿過負過濾電場。因此當氣體中既含有帶負電的粉塵又含有帶正電的粉塵時，正過濾電場和負過濾電場要相間放置。
磁場是帶電粒子的有效約束場。當氣流通過磁場時，氣流中的帶電粉塵受洛倫茲力的作用。帶電粉塵的速度方向與磁感應強度的方向成一夾角時，帶電粉塵繞磁感應線作螺旋線回旋運動。
下面以帶正電的粉塵進入強磁場為例說明對一些參數的要求。設粉塵的質量為m，帶電量為q，速度為v，磁感應強度為B，v與B之間的夾角為θ.則帶電粉塵粒子垂直于磁場方向的速度分量為mv sinθ，平行于磁場方向的速度分量為mv cosθ.帶電粉塵粒子繞磁感應線作圓周運動的回旋半徑為R=mvsinθqB]]>由上式可見v越小，sinθ越小，B越大，m/q越小，則回旋半徑R越小。
對一個帶電粉塵粒子而言，θ越大回旋半徑R越大，當θ為90°時，回旋半徑R為最大，此時的回旋半徑用Rmax表示Rmax=mvqB]]>為保證帶電粉塵粒子在磁場中作回旋運動，磁場的范圍應遠遠大于2Rmax，這樣垂直于磁場入射的帶電粉塵繞磁感應線回旋，其軌跡不能超越磁場的邊界。以小于90°的θ角入射的帶電粉塵的運動軌跡更不能超越磁場。
平行于磁場方向的速度分量為mv cosθ，帶電粉塵以該速度分量沿磁場方向運動。當運動到磁極時，被磁靴吸附。
帶電粉塵粒子還受重力的作用，在重力的作用下，帶電粉塵粒子作向下的運動，這種向下的運動就是粉塵的沉降。
帶電粉塵粒子在磁場中作回旋運動時會受到其他粒子或氣體分子的碰撞，碰撞后速度會發生變化，帶電粉塵粒子將以新的速度繞新的磁感應線作回旋運動，大多數帶電粉塵經碰撞后不會逃逸磁場，只有磁場邊緣的帶電粉塵粒子受碰撞時脫離磁場。當各個磁組的磁場并列相通或串聯相通時，帶電粉塵粒子從一個磁場逃逸，必然進入另一個相鄰磁場，在相鄰的磁場中繼續作回旋運動直到它靜止為止。
附圖1為場效應永磁除塵器結構示意圖。
附圖2為場效應電磁除塵器結構示意圖。
附圖3為電場效應除塵器結構示意圖附圖4為磁回旋除塵器結構示意圖附圖5幾種過濾電場陽極或陰極結構示意圖。
在附圖1中，1為入風口、2為殼體、3為荷電負極、4為荷電正極、5為過濾電場陽極、6為絕緣板、7為過濾電場陰極、8為橫向磁組、9為氣隙、10為縱向磁組、11為磁靴、12為磁體、13為擋板、14為導流板、15為出風口、16為荷電電源、17為限流元件、18為高壓電源。
在附圖2中，14為導流板、19為串聯磁場激磁線圈，20為并聯磁場電磁鐵、21為引導板，22為鐵芯，其他機構與附圖1相同。
在附圖3中，3為荷電負極、4為荷電正極、5為過濾電場陽極、6為絕緣板、7為過濾電場陰極。
在附圖4中，1為入風口、2為殼體、12為永磁體、15為出風口、19為串聯磁場激磁線圈、23為電暈線、24為環形磁靴、25為灰斗。
在附圖5中，26為橫向柵狀電極、27為斜向百葉窗電極、28為縱向梳狀電極、29為并列管式電極、30為金屬纖維濾布電極、31為絕緣并列線電極。
在附圖1中，在殼體2內部設置了荷電負極3與荷電正極4，荷電負極3與殼體2絕緣，荷電正極4與殼體2相接，殼體2接地。荷電電源16的負極通過限流元件17與荷電負極3相接，荷電電源16的正極與殼體2相接并接地。荷電電源16可采用直流電源或脈沖電源每隔一定數量的荷電負極3與荷電正極4，橫向放置一道過濾電場陽極5和一道過濾電場陰極7。沿氣流方向，當過濾電場陽極5在前，過濾電場陰極7在后，則形成負過濾電場；當過濾電場陰極在前，過濾電場陽極在后，則形成正過濾電場。在過濾電場陽極和過濾電場陰極上均勻密布著供氣流通過的狹小通道。過濾電場陽極和過濾電場陰極相互平行且與氣流入射方向垂直。絕緣板6設置在負過濾電場陰極7與殼體2之間，過濾電場陰極7與殼體2絕緣。高壓電源18的負極接過濾電場陰極7，高壓電源18的正極接過濾電場陽極5并接地。過濾電場陽極和過濾電場陰極可采用板式，網狀、線狀、并列管式和金屬濾布等形式的電極，可選用附圖5所示的任何一種形式的電極。
在氣流的通道上設置了橫向磁組8及縱向磁組10，相鄰磁組磁極之間的間隙為氣隙9，在氣隙9中有強磁場。磁組8與磁組10是由磁靴11、磁體12組成的。磁靴11接地。在磁組10與殼體2之間設擋板13。
在磁組的前面和后面有各設一排過濾電場陰極7，磁組的磁靴11與其前面的過濾場電陰極7構成一個正過濾電場，磁組的磁靴與其后面的過濾電場陰極7構成一個負過濾電場。
入風口1與除塵管道相連，出風口與引風機相連(圖中未標出)。
在附圖2中，串聯磁場激磁線圈19和并聯磁場電磁鐵20采用直流供電，導流板14傾斜放置，引導板21接直流電源的正極或負極，其他機構與附圖1相同。
在附圖3中，荷電負極3與荷電正極4橫向成列相間放置，每隔一定數量的荷電電極放置一列過濾電場陽極5和一列過濾電場陰極7，、過濾電場陽極5與荷電負極3相鄰，過濾電場陰極7與荷電正極4相鄰。。
在附圖4中，殼體2為圓形管柱，管柱內壁設置永磁體12，永磁體12的兩極裝有環形磁靴24，在管柱外壁套裝串聯磁場激磁線圈19，在管柱的軸線上設置一條電暈線23，在管柱的下方設有灰斗25，入風口1設在殼體2的側面。
具體實施例方式
實施例1，場效應永磁除塵器結構示意圖如附圖1所示，其工作過程為在引風機作用下，含塵氣體從入風口1進入殼體2。首先進入荷電負極3與荷電正極4之間的荷電電場，氣流中的粉塵便帶了負電或正電。荷電負極3吸附帶正電的粉塵，荷電正極4吸附帶負電的粉塵。當氣流進入到過濾場陽極5和前面一列荷電負極3之間的電場時，帶正電的粉塵受到電場力的阻擋，帶正電的粉塵被荷電負極3撲集，帶負電的粉塵被過濾電場陽極5吸附。當氣流進入到過濾電場陽極5和過濾電場陰極7之間的負過濾電場時，帶負電的粉塵受到強阻擋，帶負電的粉塵沉積在過濾場陽極5上，當氣流進入到過濾場陰極7和后面一列荷電正極4之間的電場時，帶正電的粉塵受到電場力的阻擋，帶正電的粉塵沉積在過濾場陰極7上，帶負電的粉塵被荷電正極4吸附。此后，氣流進入到下一個荷電電場，粉塵被荷電。當氣流進入到過濾場陰極7與磁靴11之間的正過濾電場時，帶正電的粉塵受到電場力的阻擋并被過濾場陰極7吸附。當氣流進入橫向磁組8的氣隙9時，在氣隙9中強磁場的作用下，帶電粉塵粒子在磁場中作回旋運動。當帶負電的粉塵接近磁靴11時，被磁靴11撲獲。當氣流進入到磁靴11與其后的過濾場陰極7構成的負過濾電場時，帶電粉塵粒子進一步被濾除。之后，氣流進入下一個荷電電場，緊接著被導流板14導入縱向磁組10的氣隙9中，擋板13防止氣流旁路以使氣流從氣隙9中流過。縱向磁組的磁場并聯相通連成一片，帶電粉塵被約束在磁場中作回旋運動直到靜止為止。
若設置多個荷電區和多道阻擋電場和約束磁場，則氣體中的粉塵經多次過濾后，氣體得到高度凈化，被凈化的氣體從出風口15排出。
實施例2場效應電磁除塵器結構示意圖如附圖2所示，在附圖2中，各串聯磁場激磁線圈19為空心線圈，各線圈的磁場串聯相通，各并聯電磁鐵20產生的磁場并聯相通。工作過程與實施例1相同。所不同的是設置了引導板21，引導板21接電源的正極或負極以吸引及撲集帶電粉塵。
實施例3電場效應除塵器結構示意圖如附圖3所示，這是純電場阻擋效應的除塵器。荷電負極3與荷電正極4按列相間放置，列距要足夠寬，同列上的電極間距要足夠小，這樣兩列之間的電場方向與氣流方向平行，因此電場既是荷電電場又是阻擋電場，。當荷電負極3在前，荷電正極4在后時，電場為正過濾電場。當荷電正極4在前，荷電負極3在后時，電場為負過濾電場。當氣流經過這些電場時，氣流中的粉塵被荷以正電或負電，帶負電的粉塵被負過濾電場阻擋，帶正電的粉塵被正過濾電場阻擋，帶負電的粉塵被荷電正極4吸附，帶正電的粉塵被荷電負極3吸附。
過濾場陽極5和過濾場陰極7相互平行且與氣流入射方向垂直。過濾場陽極5接高壓電源的正極，過濾場陰極7接高壓電源的負極，形成強過濾電場，當過濾場陰極7在前，過濾場陽極5在后，電場為正過濾電場，當過濾場陽極5在前，過濾場陰極7在后，電場為負過濾電場。當氣流經過強過濾電場時，氣流中的帶電粉塵被濾除，過濾場陽極5吸附帶負電的粉塵，過濾場陰極7吸附帶正電的粉塵。
為簡化設備，荷電電源和高壓電源可共用一個電源。當荷電正極與荷電負極相間成列相間設置時，適當增加荷電電極的表面積，可不設置強過濾場，此時，荷電電極采用高壓電源供電。
實施例4磁回旋除塵器如附圖4所示，其原理及工作過程是圓柱殼體2的內壁設置永磁組12，永磁組的磁極上設有環形磁靴24，環形磁靴在殼體內部沿軸線方向形成磁場。圓柱殼體2的外壁套裝串聯磁場激磁線圈19，激磁線圈產生磁場，該磁場與永磁體的磁場同向互相疊加，使殼體內的磁場更強。電暈線23接電源的負極，殼體2接電源的正極并接地。在電暈線23和環形磁靴24之間形成荷電電場。當氣流從入風口1進入到殼體時，氣流中的粉塵被荷電，帶電粉塵被約束在磁場中作回旋運動，被環形磁靴和電暈線撲獲，有的較重粉塵向下沉降。被撲集的粉塵儲在灰斗25中，凈化的氣體從出風口15排出。
本實施例可單獨采用永磁體或單獨采用電磁形成約束磁場。
權利要求
1 本發明場效應磁約束除塵器是由入風口1、殼體2、荷電負極3、荷電正極4、過濾電場陽極5、絕緣板6、過濾電場陰極7、橫向磁組8、氣隙9、縱向磁組10、磁靴11、磁體12、擋板13、導流板14、出風口15、荷電電源16、限流元件17、高壓電源18組成的。其特征在于在過濾電場陽極5和過濾電場陰極7之間形成強阻擋電場，橫向磁組8或縱向磁組10的氣隙9中形成強約束磁場。
2 根據權利要求1所述的場效應磁約束除塵器其特征在于所說的荷電負極3與荷電正極4可成列相間排列或成行相間排列，通過限流元件17與荷電電源16相接以形成荷電電場。
3 根據權利要求1所述的場效應磁約束除塵器其特征在于所說的過濾電場陽極5和過濾電場陰極7設置方向與氣流方向垂直，設有供氣流通過的狹窄通道。可采用橫向柵狀電極、斜向百葉窗電極、縱向梳狀電極、網狀電極、并列管式電極、金屬纖維濾布電極和介質覆蓋絕緣電極
4 根據權利要求1所述的場效應磁約束除塵器其特征在于所說的磁組采用永磁體和電磁鐵或激磁線圈，磁組按橫向、縱向或斜方向放置，形成并聯或串聯相通的強約束磁場。
5 根據權利要求1所述的場效應磁約束除塵器其特征在于所說的荷電電源16采用脈沖電源或直流電源，高壓電源18采用高壓直流電源或采用頻率為幾十赫茲到幾兆赫茲的高壓直流偏置的交流電源。
6 根據權利要求1所述的場效應磁約束除塵器其特征在于所說的強阻擋電場和強約束磁場在一臺除塵器中可同時設置，磁場設在電場中或電場設在磁場中。也可只設置強阻擋電場，或只設置強約束磁場。當荷電電極按列相間排列時，可不另設強阻擋電場，此時荷電電極采用高壓電源供電。
全文摘要
本發明場效應磁約束除塵器主要是由殼體2、荷電負極3、荷電正極4、過濾電場陰極5、過濾電場陽極7、磁組10、荷電電源16和高壓電源18構成。荷電負極與荷電正極和荷電電源16相接以形成荷電電場，過濾電場陰極和過濾電場陽極與高壓電源相接以形成強阻擋電場，過濾電場陰極和過濾電場陽極可采用絕緣電極。磁組產生強約束磁場。當含塵氣流經過荷電電場時，粉塵被荷電，荷電的粉塵經過強阻擋電場時受到電場力的阻擋，過濾電場陰極吸附帶正電的粉塵，過濾電場陽極吸附帶負電的粉塵。帶電粉塵在強磁場中受洛倫茲力作用，作螺旋運動，被約束在磁場中。這樣含塵氣體中的帶電粉塵經電場的阻擋和磁場的約束而被濾除，氣體便得到凈化。
文檔編號B03C3/017GK1827223SQ20051004596
公開日2006年9月6日 申請日期2005年3月4日 優先權日2005年3月4日
發明者張寅嘯, 張辛衡, 張燁 申請人:張寅嘯