專利名稱:自放電型脈沖充電靜電除塵器的制作方法
本發(fā)明涉及自放電型脈沖充電靜電除塵器，特別涉及消除反向電離而增加除塵效率并降低功率裝置成本的靜電除塵器(簡稱EP)。
普通的靜電除塵器采用負(fù)的直流(DC)高壓充電方法。對這種普通的靜電除塵器，在處理高電阻的灰塵時，在除塵電極上引起該灰塵層絕緣擊穿，并產(chǎn)生具有反極性的離子，即發(fā)生了反向電離現(xiàn)象，因此除塵效率顯著惡化。當(dāng)灰塵的電阻率ρd和灰塵層的電流密度i的乘積ρd×i超過該灰塵層的絕緣擊穿電壓Edc時引起反向電離現(xiàn)象。
因此，提出一種脈沖充電裝置作為獲得高除塵效率同時又消掉反向電離的手段。
圖4(A)和(B)給出脈沖疊加型充電靜電除塵器的例子，它把脈沖電壓疊加在直流高壓上，圖5(A)和(B)為圖4(A)和(B)中的電路的電壓波形。由變壓器1升壓的電壓經(jīng)整流器2整流并以電荷的形式貯存在充電電容器3上。圖4的電路在高速開關(guān)元件4接通時，通過由充電電容器3、耦合電容器6、靜電除塵器7所含的電容CEP和該電路的電感組成的諧振電路產(chǎn)生LC諧振，貯存在電容器3上的電荷經(jīng)過LC諧振，以便向靜電除塵器7提供一個具有陡峭上升沿的高壓。在下面開關(guān)元件4被斷開的情況，這時留在電路上的電荷經(jīng)波形成形電阻器5除去，以便不讓過量的由于貯存在電路中的電荷造成的電流流過靜電除塵器7。用這種方法，能通過耦合電容器6把具有陡峭上升沿及短脈沖寬度的電壓(如圖5(A)和(B)所示)加在靜電除塵器7上。此外，為了獲得在不產(chǎn)生脈沖時存在的基礎(chǔ)電壓，把一個直流高壓發(fā)生器8接在靜電除塵器7上。用這種方法，直流充電部分能在抑制電流時將高的峰值電壓加在靜電除塵器上而不增大脈沖部分的平均電流，從而改進(jìn)了對高阻灰塵的除塵效果。
然而，上述裝置需要兩個功率源和充電電容器以外的耦合電容器，所以，功率源的成本很高。因此該裝置沒有廣泛投入實際使用。
作為另一種裝置，提出了能量回收型脈沖充電裝置。但是，該裝置有復(fù)雜的電源電路，該功率源的成本也是昂貴的。
因此，提出了一種如圖6(A)和(B)所示的自放電型脈沖充電靜電除塵器，其中，充電電容器3通過高速開關(guān)元件4直接與靜電除塵器相連，而除去了耦合電容器6，直流高壓發(fā)生器8和波形成形電阻器5。對于該靜電除塵器，當(dāng)開關(guān)元件4斷開時，貯存在靜電除塵器7的電容CEP上的電荷通過靜電除塵器的電阻器REP(電阻以及類似電暈放電等等)放電。圖7(A)和(B)為由圖6(A)和(B)的電路獲得的電壓波形。該裝置的特征在于，能經(jīng)濟地獲得具有陡峭上升沿的脈沖電壓波形，也能獲得和現(xiàn)有技術(shù)的脈沖充電裝置同樣形式的均勻的電流密度，并已由實施例證明，與直流充電裝置相比，該裝置改進(jìn)了對高阻灰塵的除塵效率。
在圖6(A)中，由變壓器1升壓的電壓通過整流器2整流并以電荷的形式貯存在充電電容器3上。因此，當(dāng)高速開關(guān)元件4接通時，圖6(A)的電路通過由靜電除塵器7的電容CEP，充電電容器3和電路的電感組成的諧振電路產(chǎn)生LC諧振，使貯存于電容器3上的電荷經(jīng)過LC諧振，以便獲得如圖7(A)和(B)所示的具有高上升沿的高壓波形。開關(guān)元件4斷開后，貯存在靜電除塵器7的電容CEP上的電荷通過靜電除塵器7的電阻REP放電，靜電除塵器的電容上的電壓逐漸衰減，直至開關(guān)元件重新接通。在這一運轉(zhuǎn)過程中，開關(guān)元件斷開后由于電流流過靜電除塵器而使電壓開始衰減時的初始電壓稱為衰減初始電壓，而開關(guān)元件正要接通前的最低電壓稱為剩余電壓。
不過，普通的廉價自放電型脈沖充電裝置有下列問題(1)由于自放電型脈沖充電裝置只有單個功率源，如果為了改進(jìn)效率而增加峰值電壓的話，衰減初始電壓和剩余電壓也只能增加。因此，在電壓從衰減初始電壓向剩余電壓衰減時，流過靜電除塵器的電流增大，從而引起高阻灰塵的反向電離。特別是，由于流過靜電除塵器的電流隨著電壓的增加呈指數(shù)函數(shù)的形式增加，在衰減初始電壓附近，有大電流流過，由此產(chǎn)生反向電離的臨界條件。圖8給出峰值電壓和本發(fā)明人所做的一個實施例得到的除塵效率之間的關(guān)系。根據(jù)該實施例，已證實除塵效率隨峰值電壓的增加而增大，并在某峰值電壓處有個最大值，當(dāng)電壓超過該確定的峰值電壓時，效率降低。
(2)當(dāng)從衰減初始電壓到剩余電壓的平均電壓(如圖7(A)和(B)所示，相當(dāng)于現(xiàn)有技術(shù)中所謂直流充電裝置的平均電壓)較高時，除塵效率得到改善，同時，為了增加上述周期的平均電壓，必須縮短圖7(A)所示脈沖的周期。然而，這時如果繼續(xù)縮短脈沖的周期，流過靜電除塵器的電流隨衰減初始電壓附近的電暈電流的增加引起反向電離。
(3)相反，如果增大脈沖的周期來降低耗散能量，平均電壓就下降。
(4)再則，自放電型脈沖充電裝置與普通的脈沖充電裝置相比能大大降低成本。然而，為了增加單功率源靜電除塵器的容量，就需要具有大容量的充電電容器，這是由于充電電容器3與靜電除塵器7的電容CEP成正比。此外，存在著這樣的技術(shù)問題增加流過高速開關(guān)元件的電流和增加電路中所含的電感，電壓就具有一個弧形的上升沿。相反，如果降低單功率源靜電除塵器的容量，則由于增加功率源的數(shù)量，經(jīng)濟效應(yīng)就被破壞了。
為解決上述問題，已做出本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一個自放電型脈沖充電靜電除塵器，該除塵器消除反向電離，從而提高除塵效率并獲得降低成本的功率裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明構(gòu)成如下自放電型脈沖充電靜電除塵器包含一高速開關(guān)元件，貯存在電容器中的電荷通過該元件提供給靜電除塵器，而通過靜電除塵器內(nèi)的電阻器將電荷耗散掉，該除塵器的特征在于通過高速開關(guān)元件陸續(xù)按時間均分的方式向多元充電分路提供電荷，這些充電分路是由單功率源靜電除塵器的充電部分分開形成的，它們通過電感元件相互連接在一起，而充電電容器的容量選擇得基本上等于充電分路的容量。
(1)把自放電型脈沖發(fā)生功率源靜電除塵器的充電部分分成若干分路，這些分路通過幾百到幾千微亨(μH)的電感器相互連接在一起。通過高速開關(guān)元件把貯存在充電電容器中的電荷供給靜電除塵器的各個充電分路，這個高速開關(guān)元件與和電感器連接的電路是不同的。
(2)自放電型脈沖發(fā)生功率源及高速開關(guān)元件的充電電容器的電容選擇得和許多充電分路中的一個分路的容量相當(dāng)。
作法如下(1)各充電分路的電路元件與自放電型脈沖充電的完全一樣。通過把由同一功率源提供的充電部分分成若干分路，并通過幾百到幾千微亨的電感把充電分路相互接到一起，由不同電路的充電電容器的電荷供電的單個充電分路能由電荷在瞬間獲得高的峰值電壓。同時，由于電荷通過電感器延遲很短時間就移到另一個充電分路，由電荷維持的分路上的衰減初始電壓可以得到降低，并獲得高的峰值電壓，從而由于抑制過大的電流流過靜電除塵器而抑制反向電離。
(2)對于普通的自放電型充電脈沖的情況，在由充電電容器的電荷供電的充電分路上，電壓只靠電流流過電阻器REP從衰減初始電壓衰減到剩余電壓，直到重新供給電荷。然而，在本發(fā)明中，各充電分路通過電感器供給電荷，而其余的充電分路依次得到電荷供給。因此，電壓輕微地脈動變化，而電壓隨后即回復(fù)到與由電荷供電的充電分路的衰減初始電壓同樣的電平。
因此，能改善平均電壓的維持而不發(fā)生反向電離，同時能在保持平均電壓的時候節(jié)省能量。
(3)在普通的自放電型脈沖充電靜電除塵器中，為了獲得高的峰值電壓，具有相同靜電除塵器容量的功率源需要的充電電容器與靜電除塵器的電容相當(dāng)，而開關(guān)元件需要在大電流下接通和關(guān)斷。相反地，在本發(fā)明中，能由容量與各充電分路的電容相當(dāng)?shù)某潆婋娙萜鳙@得基本完全相同的峰值電壓，與現(xiàn)有技術(shù)中所用的電流相比，能減小開關(guān)元件接通和關(guān)斷的電流。
尤其因由充電電容器的電荷供電的充電分路與未充電的其他充電分路通過電感器相連接，所以只有直接由電荷供電的那個充電分路含有帶有陡峭上升沿的增大的電勢，而且接著發(fā)生的電荷從其它充電分路的輸送和接收都是通過電感器實現(xiàn)的，結(jié)果獲得了均勻的電壓。因此，盡管充電電容器的電容與各充電分路的相當(dāng)，各充電分路的峰值電壓也能足夠高。
按上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明具有下列卓越的效果。
(1)自放電型脈沖充電靜電除塵器的電壓波形的改進(jìn)構(gòu)成了經(jīng)濟的脈沖充電方法，即，降低衰減初始電壓和增大剩余電壓的改進(jìn)保持了對高阻灰塵照樣獲得具有陡峭上升沿高壓脈沖的特性，并在抑制反向電離的同時獲得高的電壓峰值。此外，電壓降低的抑制能使平均電壓的保持得到改善，并能獲得較高的除塵效率(參見圖3)。
(2)功率裝置中充電電容器的容量能大幅度減小，即與普通自放電型脈沖充電靜電除塵器相比，減少到用充電分路的個數(shù)來除而得到的容量，而且功率裝置的成本能夠降低。由于高速開關(guān)元件開啟和斷開的電流能夠被大大降低，即降低到用充電分路的個數(shù)來除而得到的值，所以可靠性能得到改善。一般說來，開關(guān)的觸點壽命與流過觸點的方波電流值成反比。
圖1用圖解說明本發(fā)明的一個實施例;
圖2示出圖1實施例的電壓波形;
圖3給出本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較的電壓波形;
圖4-8用圖說明現(xiàn)有技術(shù)。
參考給出本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)的圖1，由變壓器11升壓的電壓經(jīng)整流器12進(jìn)行整流，并作為電荷貯存在充電電容器13中。電容器13通過高速開關(guān)14與靜電除塵器17相連。靜電除塵器17被分成4個充電分路，在這個例子中用(a)-(d)表示，這些分路由單功率源供給電荷。充電分路的數(shù)目可以是兩個或更多些，但最好是兩到六個。充電分路可以包含沿著氣流方向的分路，而最好是選擇充電分路垂直于氣流方向，這樣，電流和電壓的特性都完全相同。在實施例中，使用多級旋轉(zhuǎn)式火花放電器作為高速開關(guān)，也可以使用高速和高壓型可控硅或其它裝置。
另一方面，靜電除塵器的充電分路(a)-(d)通過電感器19和一根高電導(dǎo)率的耦合桿20相互連接。
充電電容器的容量可以是與靜電除塵器各個充電分路的容量相當(dāng)?shù)娜萘恐怠?br>現(xiàn)在按時間連續(xù)方式描述本發(fā)明實施例的工作情況。
圖2為當(dāng)旋轉(zhuǎn)式火花放電器連續(xù)接通和斷開，向各充電分路按時間連續(xù)方式依(a)、(b)、(c)和(d)的次序提供貯存在電容器13中的電荷時的各充電分路的電壓波形。當(dāng)開關(guān)(a)接通時，電荷由充電電容器13供給靜電除塵器17的充電分路(a)以達(dá)到LC諧振。這時，電荷有通過電感器19流入其它充電分路的傾向。不過，由于具有陡峭上升沿的含高頻成分的電勢的增加造成了時間延遲，阻滯電荷流進(jìn)其它的充電分路，充電分路(a)的峰值電壓增加到與不通過電感和其它充電分路相接的情況基本相似時的水平。但是，如果電感器19的值太小，由于經(jīng)過電感器19的漏電流較大，則峰值電壓下降，所以電感器19的電感值最好大于幾百微亨。
在充電分路(a)的電壓達(dá)到高峰值以后，電荷的傳遞和接收就通過電感器19在充電分路間自動進(jìn)行。因此，各充電分路的電壓水平互相相等，此時電荷的傳遞與接收通過與分路(a)所含的電容CEP及其它充電分路(b)、(c)和(d)的總電容CEP的LC諧振來進(jìn)行。此時的電壓為衰減初始電壓，因為電荷分散入充電分路(a)、(b)、(c)和(d)，所以和分路不通過電感器相互連接時的單一結(jié)構(gòu)相比，分路(a)上的電壓降低，而其它分路(b)、(c)和(d)上的電壓增加。接著，分路(a)、(b)、(c)和(d)上的電荷被電阻器和由各分路中的電暈放電引起的諸如此類東西有效地分散掉，而電壓逐漸衰減。
然后，充電分路(b)的開關(guān)被接通，分路(b)的電壓增加到高的峰值。這時，充電分路(a)通過電感器19受分路(b)的峰值電壓的影響，結(jié)果在分路(a)上的峰值電壓表現(xiàn)為脈沖和分路(b)相比上升沿衰減了一點的脈沖形式，而分路(a)的電壓與充電分路(b)的衰減初始電壓一樣。此后，重復(fù)進(jìn)行同樣的操作，接通和斷開分路(c)和(d)的開關(guān)，然后再接通和斷開分路(a)的開關(guān)。
在一個周期內(nèi)按時間均分的方式向各個充電分路提供貯存在一個共用的電容器中的電荷，這種操作方法和計算機的時間均分裝置是一樣的。因此，可把這種裝置稱為時間均分供能自放電型脈沖充電裝置。
權(quán)利要求
1.包含一個高速開關(guān)元件的自放電型脈沖充電靜電除塵器，貯存在電容器中的電荷通過該開關(guān)元件提供給靜電除塵器，而通過靜電除塵器內(nèi)的電阻器將電荷耗散掉，該除塵器的特征在于通過高速開關(guān)元件陸續(xù)按時間均分的方式向多元充電分路提供電荷，這些充電分路是由單功率源靜電除塵器的充電部分分開形成的，它們通過電感元件相互連接在一起，而充電電容器的容量選擇得基本上等于充電分路的容量。
2.按照權(quán)利要求
1的自放電型脈沖充電靜電除塵器，其中上述電感元件的電感值為幾百到幾千微亨。
專利摘要
自放電型脈沖充電靜電除塵器包括一個高速開關(guān)元件，儲存于電容器中的電荷通過該元件驟加在靜電除塵器上，此電荷消耗在除塵器的電阻上。單功率源靜電除塵器的充電部分被分成若干由電感元件相互耦合的充電分路。該靜電除塵器包括一個裝置，該裝置通過按時間均分方式陸續(xù)高速開關(guān)的元件和一個電容與充電分路基本相等的充電電容器向各充電分路供應(yīng)電荷。該靜電除塵器通過抑制反向電離而增加了除塵效率，并降低了功率源的成本。
文檔編號B03C3/66GK86104480SQ86104480
公開日1987年2月25日 申請日期1986年7月1日
發(fā)明者富松一隆, 中山豊 申請人:三菱重工業(yè)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan