专利名称：电晕放电装置与使用该电晕放电装置的微粒充电装置的制作方法
技术领域：
本发明是涉及一种电晕放电以及充电装置。
技术背景静电除尘器(Electrostatic Precipitator, ESP)是被广泛使用且集尘效率佳的集尘 设备之一，并为去除次微米微粒的重要设备。静电除尘器利用放电电极产生电晕 放电的原理使粉尘微粒充电，然后在电场中加以去除。不过研究显示，当微粒粒 径小于数十纳米时，微粒的收集效率不会增加反而会降低，因此为了增加纳米微 粒的充电量以及充电比，而使得纳米微粒在静电滤材以及在静电除尘器内的去除 效率提升，微粒充电器的研究便显得相当重要。一般使微粒充电的充电器可分为两类， 一为单极微粒充电器，另一种为双极 微粒充电器。双极微粒充电器通常使用辐射源产生正负离子，在充电器内中性微 粒充电和带电微粒被中和会同时发生。这使得双极微粒充电器的外在充电效率(extrinsic charging efficiency)普遍不高。因此，单极微粒充电器的使用变的广泛。 但是，当微粒在单极微粒充电器内被充电之后，在充电器内容易受静电效应影响 造成在充电器内的静电损失(electrostatic loss)，使得被充电后能离开充电器的 微粒数目降低，影响了外在充电效率。过去曾有许多学者设计不同的微粒充电器，以提高纳米微粒的充电效率。 ChenandPui(1999)曾回顾了过去许多学者对单极气胶充电器的研究如 LiuandPui(1977)、 Biischereta1.(1994)、 Wiedensolereta1.(1994)、 Adachieta1.(1985)、 Adachietal.(1990)与RomayandPui(1992)。上述这些研究中有许多使用辐射源产生 离子，只有LiuandPui(1977)与Btischeretal.(1994)使用电晕放电方式产生离子，不 过这些充电器内部都有带电微粒损失的问题，造成纳米微粒的充电效率很低。 ChenandPui(1999)利用Po210辐射源另外设计了一个高效率的单极充电器，它使 用平行的电场设计使离子与气胶在同一方向运动，且利用充电器圆管内壁附近的 包覆空气让微粒集中在管中央，避免带电微粒的损失。此设计大幅提高了单极充
电器的充电效率。但ChenandPui(1999)并未使用一般静电集尘器使用的电晕放电 装置，且包覆空气也会稀释气胶的浓度，这些均值得进一步研究改进。Sierraeta1，2003利用正负电晕在不同参数下，随着粒径越小，充电效率也越低。 Alonsoetal.,2006使用和Sierraeta1.，2003类似的针尖式单极微粒充电器,如图1所 示。图1的电晕充电器1具有一电极10，其电晕放电在所述的电极的针尖101处 产生，空气离子与微粒在针尖101附近的一混合区域12混合而后充电，虽然充电 效率有明显提升，但为了防止微粒的损失，气胶微粒由针尖101附近的出口迅速 流出，因此反而造成充电时间不足的问题。此外，所述的充电器也会因为微粒附 着在针尖101处而使得使用者必需清理放电电极，才能维持其放电效率，此举也 会造成极大的不便。又如，美国专利U.S.Pat.No.6，861，036所揭示的一种电晕放电装置，所述的装 置虽可以达到电晕放电使粒子充电的目的，不过还是具有电极会有微粒沉积以致 在需要定期维护以及带电微粒因为壳体产生外加电场，而附着在壳体上，进而减 低充电效率等问题产生。综合上述，因此亟需一种电晕放电装置与使用所述的装置的微粒充电装置来 解决现有技术所产生的问题。发明内容本发明的主要目的是提供一种电晕放电装置与使用该电晕放电装置的微粒充 电装置，其是通过增加电晕放电电极线的数量来增加电晕强度，增加产生离子浓 度(n)，提升nt乘积值(t为气胶与离子的接触时间)，达到充电效率提高的目的。本发明的另一主要目的是提供一种电晕放电装置与使用该电晕放电装置的微 粒充电装置，其是利用多环形线圈电极或者是多线电极(multiple wires)增加电晕强 度，增加产生离子数，提升nt乘积值，使得充电效率提高。本发明的次要目的为提供一种电晕放电装置与使用该电晕放电装置的微粒充 电装置，其是将电晕放电电极线与微粒流体分离，使得电晕放电电极线不会有粉 尘附着，达到简化维护电极的目的。本发明的另一目的在于提供一种电晕放电装置与使用该电晕放电装置的微粒 充电装置，其是在微粒充电区内并无建立多余电场，可降低气胶微粒损失在壁上， 达到增加充电效率的目的。
为实现上述目的，本发明釆用的技术方案是一种电晕放电装置，其特征在于其是包含有 一绝缘本体，其上设有一个 容置空间以供一气体流入；至少一电晕放电电极线，其是设放置在所述的绝缘本 体的周围，以接收由所述的绝缘本体流出的气体，以使所述的气体形成一离子化气体；至少一通孔，是开设在所述的电晕放电电极线的一侧的所述的绝缘本体上且与所述的容置空间相连通；以及一罩体，其是罩覆在所述的绝缘本体上，使所 述的罩体与所述的绝缘本体间形成有一流动空间，以接收所述的离子化气体，另 在所述的罩体上更开设有与所述的流动空间相连通的至少一开孔。 较佳的，上述技术方案还可以附加以下技术特征所述的电晕放电电极线是以直线的形式悬空在所述的绝缘本体外壁上。所述的电晕放电电极线是以线圈的形式环绕在所述的绝缘本体外壁上。所述的至少一开孔是与所述的至少一电晕放电电极线的位置与数目相对应。所述的电晕放电电极线为一金属材料。所述的绝缘本体的材料是铁氟龙材料。所述的罩体是一金属材料。为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括一种微粒充电装置，其特征在于包含有 一绝缘本体，其上设有一容置空 间以供一气体流入；至少一电晕放电电极线，其是设放置在所述的绝缘本体的周 围，以接收由所述的绝缘本体流出的气体，以使所述的气体形成一离子化气体； 至少一通孔，是开设在所述的电晕放电电极线的一侧的所述的绝缘本体上且与所 述的容置空间相连通； 一罩体，其是罩覆在所述的绝缘本体上，使所述的罩体与 所述的绝缘本体间形成有一流动空间，以接收所述的离子化气体，另在所述的罩 体上更开设有与所述的流动空间相连通的至少一开孔；以及一壳体，其是套设在 所述的罩体外部，所述的壳体与所述的罩体之间形成有一混和空间，可接收并混 和所述的离子化气体与一微粒流体，以形成一带电微粒流体。较佳的，上述技术方案还可以附加以下技术特征-所述的电晕放电电极线是以直线的形式悬空在所述的绝缘本体外壁上。 所述的电晕放电电极线是以线圈的形式环绕在所述的绝缘本体外壁上。 所述的至少一开孔是与所述的至少一电晕放电电极线的位置与数目相对应。 所述的电晕放电电极线为一金属材料。
所述的绝缘本体的材料是铁氟龙材料。
所述的罩体是一金属材料。
所述的壳体是一金属材料。
所述的壳体对应所述的混和空间的夹层内更设置有一绝缘材料。 与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是本发明提供的电晕放电装置 与使用所述的装置的微粒充电装置，其特点在于离子分散空气可以防止空气离子 的损失，凭借多环形线圈电极线或者是多线电极线(multiplewires)增加电晕强度， 增加产生离子浓度，提升nt乘积值，使得充电效率提高。此外，放电的电极线不 会有粉尘附着，不需要定期维护电极线。再加上具有降低气胶微粒损失在壁上的 优点，因此可以满足业界的需求，进而提高所述的产业的竞争力以及带动周遭产 业的发展。
图1是现有的电晕充电器示意图2A与图2B是本发明的电晕放电装置的第一较佳实施例剖面与俯视示意图2C是本发明的电晕放电装置的第一较佳实施例作动示意图； 图3是利用本发明电晕放电装置第一较佳实施例的电晕放电电压和离子电流 的关系图4是利用本发明电晕放电装置第一较佳实施例的电晕放电电压和离子数目 浓度的关系图5是利用本发明电晕放电装置第一较佳实施例的微粒粒径和ESP去除效率 的关系图6是利用本发明电晕放电装置第一较佳实施例的微粒粒径和充电器内部充电效率的关系图7是本发明的电晕放电装置的第二较佳实施例剖面示意图。
附图标记说明l-电晕充电器；l()-电极；lOl-针尖；12-混合区域；2-微粒充电装置；20-电晕放电装置；200-盖体；201-绝缘本体；2010-容置空间；2011-通孔；202-气体管路；203-电晕放电电极线；204-流动空间；205-罩体；2051-开孔;21-壳体；210-第一壳体；211-绝缘材料；212-第二壳体；22-高压电源；23-偏压源;
24-混和空间；3-微粒充电装置；30-电晕放电装置；300-盖体；3001-开口； 301-绝缘本体；3010-容置空间；3011-通孔；302-气体管路；303-电晕放电电极线；304-流动空间；305-罩体；3051-开孔；306-高压电极；31-壳体；310-第一壳体；311-绝缘材料；312-第二壳体；313-带电微粒流体出口； 314-微粒流体入口； 32-高压 电源；33-偏压；34-混和空间；90-分散气体；91-离子化气体；92-微粒流体；93-带电微粒流体。
具体实施方式
本发明的电晕放电装置是在一绝缘本体周围设置电极，来达到电晕放电的目 的。本发明提供两种实施例是在绝缘本体周围设置至少一环形线圈电极线或者是 线电极线(multiple wires)，以产生电晕放电。为了增加电晕强度，可在所述的绝缘 本体周围设置多个环形线圈电极线或者是多个线电极线产生离子数，提升nt乘积 值，使得充电效率提高。请参阅图2A与图2B所示，所述的图是本发明的电晕放电装置的第一较佳实 施例剖面与俯视示意图。所述的电晕放电装置30包括有一绝缘本体301以及一罩 体305。在本实施例中，所述的绝缘本体301为一铁氟龙材质的管体，但不以此 为限。管体的一端封闭，而另一端具有一盖体300，使所述的绝缘本体301内形 成一个容置空间3010，所述的容置空间3010通过一开口 3001与一气体管路302 相连接，以接收由所述的气体管路302所提供的分散气体(dispersionair)。所述的绝缘本体301设置有至少一电晕放电电极线303，其是以直线的形式 悬空在所述的绝缘本体301外壁上，所述的电晕放电电极线303的放电线材的直 径可为25um至100um。所述的电晕放电电极线303的一端固定在所述的绝缘 本体301的底部，而另一端则与嵌入在所述的盖体300以及所述的绝缘本体301 内的高压电极306相连接，在本实施例中，所述的高压电极是金属铜棒，但不在 此限。所述的电晕放电电极线303是由可进行电晕放电的金属材料所构成。所述 的金属材料，如金、银、铜、钨或者是其它金属材料，但不以此为限。在本实施 例中，是选择金材料。此外所述的电晕放电电极线303的数量可视需求而定，在 本实施例中是以4个直线线材分布在所述的绝缘本体301的周围，但并不以本实 施例的数目为限。请参阅图2C所示，所述的图是本发明的电晕放电装置的第一较佳实施例作
动示意图。利用前述的电晕放电装置30来制作一微粒充电装置3。将一壳体31 套至于所述的罩体305外部，所述的壳体31与所述的罩体305之间形成一混和空 间34，以接收与混和所述的离子化气体以及一微粒流体，以形成一带电微粒流体。 壳体31为一金属材质，如不锈钢，但不在此限。所述的壳体31是由第一壳体 310以及第二壳体312所构成，在第'壳体310与所述的第二売体312之间具有 一夹层，夹层内形成有一层绝缘材料311，如铁氟龙。离子沉积在第二壳体312 上产生电流，使用电流计测量电流，进一步可得到离子数目浓度。所述的高压电 极306与一高压电源32相连接，所述的罩体305则与一偏压源33相连接以形成 接地电极。
首先凭借气体管路302通入的分散气体90(dispersionair)，如空气，进入所 述的容置空间3010，所述的分散气体90经由绝缘本体301上的通孔3011进入所 述的流动空间304，通过通孔3011的气体凭借所述的电晕放电电极线303的作用 而产生离子化气体91。之后，所述的离子化气体91会凭借开孔3051而离开流动 空间304而进入到所述的混和空间34。为防止离子化气体91会因电晕放电电极 线303与所述的罩体305之间的电场而损失在接地电极上，因此所述的离子化气 体91流经所述的罩体305的速度需要大到足以克服静电力，以便将所述的离子化 气体91带出所述的罩体305。
所述的壳体31底部具有微粒流体流入口 314，未充电的微粒流体92由所述 的入口 314进入，而与离子化气体91在所述的混和空间34内充分混合以形成一 带电微粒流体93，然后由上面的带电微粒流体出口 313流出至量测仪器分析。分 析结果如图3所示，所述的图是利用本发明电晕放电装置第一较佳实施例的电晕 放电电压和离子电流的关系图。
图中起始电压为6800V,随后电流随着电压值上升而上升。利用测量到的电 流值换算单极离子数目浓度，如图4所示，实验数据可产生的离子浓度图中起始 电压为6800V，随后电流随着电压值上升而上升。利用测量到的电流值换算单极 离子数目浓度，如图4所示，实验数据在最高时可产生的离子浓度为1.94X 1012#/cm3与现有技术相比高出3 4个数量级。
请参阅图5所示，所述的图是微粒粒径相对于静电集尘器(Electrostatic Precipitator, ESP)去除效率的关系图。此充电器设计概念类似在常用的静电除尘 器，当微粒流体92在流动空间34内和离子化气体91均匀混合后带电，在图中显 示出带电微粒在充电器内被收集的效率，当总流量为61pm和101pm时，带电微 粒在内部被收集的比例甚高，在各粒径下达到80%以上。但当总流量为201pm时， 充电器内部的收集比例明显下降，且随着粒径越大，效率越差。充电内的目的在于将带电的微粒带出充电器本体，以提高后续的i除效率。由此图看来，将微粒流体92的流量提高，减少带电微粒在流动空间34内的充电停滞时间，可以有效 减少微粒在所述的壳体31内的微粒损失。请参阅图6所示，所述的图是微粒粒径相对于此充电器内部充电效率的关系 图。图中显示分别在三个不同总流量6、 10与201pm总流量下，不同微粒粒径下， 本充电器的内部充电效率高达94%以上。相较在其它同性质充电器，对于10nm 以下微粒，此充电效率甚高。所述的电晕呈轴向放电的离子化气体91与径向移动 的微粒流体92的可充分均匀混合并使的充电。请参阅图7所示，所述的图是本发明的电晕放电装置的第二较佳实施例剖面 示意图。所述的电晕放电装置20包括有一绝缘本体201以及一罩体205。在本实 施例中，所述的绝缘本体201为一铁氟龙材质的管体，但不以此为限。管体的一 端封闭，而另一端具有一盖体200，使所述的绝缘本体201内形成一容置空间2010， 所述的容置空间2010与一气体管路202相连接，以接收由所述的气体管路202 所提供的分散气体(dispersion air)。所述的绝缘本体201设置有至少一电晕放电电极线203，所述的电晕放电电 极线203是由可进行电晕放电的金属材料所构成。可进行电晕放电的金属材料， 如金、银、铜、钨或者是其它金属材料，但不以此为限。在本实施例中，是选择 钨材料。由于所述的绝缘本体201为一管状，因此在本实施例中，所述的电晕放 电电极线203是以环形线圈的形式旋绕在所述的绝缘本体201外壁上，放电线材 的直径可为25至100um。在本实施例中，是用3个线圈缠绕在所述的绝缘本体 201的外壁上。电晕放电电极线203的数量可视需求而定，并不以本实施例的数 目为限。所述的绝缘本体201靠近所述的电晕放电电极线203的一侧上开设有复数个 通孔2011，所述的通孔2011与所述的容置空间2010相连通，使所述的分散气流 通过所述的通孔2011而与所述的电晕放电电极线203接触，凭借电晕放电而形成 离子化气体。所述的罩体205罩覆在所述的绝缘本体201上，使所述的罩体205 与所述的绝缘本体201间形成有一流动空间204以接收所述的离子化气体，所述
的罩体205上更开设有与所述的流动空间204相连通的至少一开孔2051。所述的 开孔2051的目的是了让离子气流通过，在本实施例中所述的开孔2051是狭缝的 形式且数量有三个分别与所述的电晕放电电极线203位置与数目相对应。所述的 罩体205为一金属材质，如不锈钢，但不在此限。放置在将所述的电晕放电装 置20应用在微粒充电装置的操作原理与流程，类似前述的第一较佳实施例的说 明，在此不做赘述。以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员 理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化 或等效，但都将落入本发明的权利要求可限定的范围之内。
权利要求
1. 一种电晕放电装置，其特征在于其是包含有一绝缘本体，其上设有一个容置空间以供一气体流入；至少一电晕放电电极线，其是设放置在所述的绝缘本体的周围，以接收由所述的绝缘本体流出的气体，以使所述的气体形成一离子化气体；至少一通孔，是开设在所述的电晕放电电极线的一侧的所述的绝缘本体上且与所述的容置空间相连通；以及一罩体，其是罩覆在所述的绝缘本体上，使所述的罩体与所述的绝缘本体间形成有一流动空间，以接收所述的离子化气体，另在所述的罩体上更开设有与所述的流动空间相连通的至少一开孔。
2. 根据权利要求l所述的电晕放电装置，其特征在于所述的电晕放电电极 线是以直线的形式悬空在所述的绝缘本体外壁上。
3. 根据权利要求1所述的电晕放电装置，其特征在于所述的电晕放电电极 线是以线圈的形式环绕在所述的绝缘本体外壁上。
4. 根据权利要求1所述的电晕放电装置，其特征在于所述的至少一开孔是 与所述的至少一电晕放电电极线的位置与数目相对应。
5. 根据权利要求1所述的电晕放电装置，其特征在于所述的电晕放电电极 线为一金属材料。
6. 根据权利要求1所述的电晕放电装置，其特征在于所述的绝缘本体的材 料是铁氟龙材料。
7. 根据权利要求1所述的电晕放电装置，其特征在于所述的罩体是一金属 材料。
8. —种微粒充电装置，其特征在于包含有 一绝缘本体，其上设有一容置空间以供一气体流入；至少一电晕放电电极线，其是设放置在所述的绝缘本体的周围，以接收由所 述的绝缘本体流出的气体，以使所述的气体形成一离子化气体；至少一通孔，是开设在所述的电晕放电电极线的一侧的所述的绝缘本体上且 与所述的容置空间相连通；一罩体，其是罩覆在所述的绝缘本体上，使所述的罩体与所述的绝缘本体间 形成有一流动空间，以接收所述的离子化气体，另在所述的罩体上更开设有与所述的流动空间相连通的至少一开孔；以及一壳体，其是套设在所述的罩体外部，所述的壳体与所述的罩体之间形成有 一混和空间，可接收并混和所述的离子化气体与一微粒流体，以形成一带电微粒 流体。
9. 根据权利要求8所述的微粒充电装置，其特征在于所述的电晕放电电极线是以直线的形式悬空在所述的绝缘本体外壁上。
10. 根据权利要求8所述的微粒充电装置，其特征在于所述的电晕放电电极 线是以线圈的形式环绕在所述的绝缘本体外壁上。
11. 根据权利要求8所述的微粒充电装置，其特征在于所述的至少一开孔是 与所述的至少一电晕放电电极线的位置与数目相对应。
12. 根据权利要求8所述的微粒充电装置，其特征在于所述的电晕放电电极 线为一金属材料。
13. 根据权利要求8所述的微粒充电装置，其特征在于所述的绝缘本体的材 料是铁氟龙材料。
14. 根据权利要求8所述的微粒充电装置，其特征在于所述的罩体是一金属 材料。
15. 根据权利要求8所述的微粒充电装置，其特征在于所述的壳体是一金属 材料。
16. 根据权利要求8所述的微粒充电装置，其特征在于所述的壳体对应所述 的混和空间的夹层内更设置有一绝缘材料。
全文摘要
本发明是一种电晕放电装置，还是一种微粒充电装置，包含有一绝缘本体以及一个罩体。所述的绝缘本体具有一个容置空间，所述的绝缘本体在所述的电晕放电电极线的一侧更开设有至少一通孔与所述的容置空间相连通。所述的罩体罩覆在所述的绝缘本体上以使所述的罩体与所述的绝缘本体间形成有一流动空间以接收所述的离子化气体，所述的罩体上更开设有与所述的流动空间相连通的至少一开孔。此外，本发明更提供一种微粒充电装置，其是在所述的电晕放电装置上设置壳体并通过微粒流体在所述的离子化气体相混和以形成带电的微粒流体。本发明可凭借所述的电晕放电电极线数目的增加来提高电晕强度而增加产生的离子浓度，进而提升纳米微粒的充电效率。
文档编号H01T19/00GK101212128SQ20061017032
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者简弘民, 蔡春进, 陈姿名, 陈孝纶 申请人:财团法人工业技术研究院