CN106513179B - 一种钣金介电电泳电极结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钣金介电电泳电极结构，其包括两片分别连接交流电源不同输出端的电极板；每片电极板均为一体成型的钣金件，其上制有多条平形排列的电极，以及连接所有所述电极的一条或一条以上边线；两电极板交错叠放，使两片电极板的电极相互间隔对应以形成电极组；本发明的钣金介电电泳电极结构可用于分离粒度在微米级的颗粒，在接近电极区域，介电电泳力较圆柱形电极提高约10倍。电极板通过钣金工艺一体成型，任何一处位置连接电源即可使得整板得以供电，从而使电极和连接导线集成在一个钣金件上，具有制造成本低、安装方便等特点。根据钣金选材质地和厚度的不同，可具备一定柔性或刚性，可卷曲或平展使用。

Description

一种钣金介电电泳电极结构

技术领域

本发明涉及一种在固-液、固-气、液-液混合物中对特定对象的颗粒进行分离和沉降的设备，特别涉及一种钣金介电电泳电极结构。

背景技术

介电电泳描述的是位于非匀称电场的电中性颗粒由于介电极化的作用而产生的平移运动。产生在颗粒上的偶极矩可以由两个相同带电量但极性相反的电荷来表示，当它们在颗粒界面上不对称分布时，产生一个宏观的偶极矩。当这个偶极矩位于不匀称电场中，在颗粒两边的局部电场强度的不同产生一个净力，称为介电电泳力。由于悬浮于媒介中的颗粒与媒介有着不同的介电能力(介电常数)，颗粒会朝电场强度增强的方向移动，称为阳性介电电泳，反之若颗粒朝电场强度减弱的方向移动，称之为阴性介电电泳。

当颗粒(半径r、相对介电常数为ε_p、电导率σ_p)悬浮于流体介质(相对介电常数为ε_f、电导率为σ_f)时，其所收到的介电电泳力为：

式中:(这里：)；E是外 加电场强度的均方根；ε₀是真空介电常数；ω是电场角频率。DEP力方向将取决于k^*(ω)的实 数部分，即CM因子，在CM>0时为阳性介电电泳,粒子从低电场区域运动到高电场区域，反之 为阴性介电电泳。

现有技术中，空气除尘有时会使用采用静电除尘法，该方法利用电泳(electrophoresis,EP)的原理，在高压直流电场中使空气中的气体分子电离，产生大量电子和离子，在电场力的作用下向着与电子和离子电性相反的电极移动。在移动过程中碰到气流中的粉尘颗粒使其荷电，荷电粉尘颗粒在电场力作用向电极运动，实现固体粒子或液体粒子与气流的分离。工业上广泛应用的是管式静电除尘器和板式静电除尘器。

介电电泳技术与静电除尘的电泳技术不同之处在于：

(1)介电电泳操纵的是电中性颗粒，使其由于介电极化的作用而产生的平移运动；电泳操纵的是电子和离子，使其负荷在粉尘颗粒上产生定向移动。

(2)介电电泳中颗粒运动方向与电场的方向无关，只与其本身的介电常数和介质的介电常数有关；电泳中颗粒运动方向取决于颗粒所带电荷的符号和电场的方向，电场方向反转则运动方向反转。

(3)介电电泳需要非均匀电场；电泳在均匀或非均匀的场中都可发生。

(4)介电电泳力的大小正比于颗粒直径的立方；电泳力的大小正比于颗粒所带电荷的多少。

中国专利：一种介电电泳电极结构(申请号：201410407467.8，申请日：2014.08.19)公开了一种具有交叉结构的电极，由权力要求1和说明书第[0005]段的“所述第一导线群中的一部分导线连接电源正极，另一部分连接电源负极”可知，该电极在应用中，通入的是直流电源(只有直流电源才分正负极)。虽然申请人在说明书第[0006]段中阐述该电极结构能够产生不均匀电场，但从原理上来看这个不均匀电场是不能持续存在的。

当浸入介质中的电极通入直流电后，由于不能抵消的带电粒子由于前面所述的电泳效应，汇聚在极性相反的电极表面，产生类似于静电屏蔽的效果，外电场强度被削减为0。这样就达不到在电极中间产生不均匀电场的作用，因此上述设置达不到发明目的。

现有的介电电泳电极为独立的条状，通过导线连接在交流电源的对应输出端，需要逐个安装在分离室中并分别通过导线连接对应的输出端，不但费时费力，还导致分离室的结构比较松散、接线复杂、容易损坏。除此之外，条状电极还需要逐条制作，工艺成本较高。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足，提出一种通过钣金工艺一体成型的钣金介电电泳电极结构，使电极和连接导线集成在一个钣金件上，具有介电电泳效果好，制造成本低、安装方便等特点，根据钣金选材质地和厚度的不同，可具备一定柔性或刚性，可卷曲或平展使用，可用于分离粒度在微米级的颗粒。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种钣金介电电泳电极结构，其特征在于：包括两片分别连接交流电源不同输出端的电极板；所述电极板为一体成型的钣金件，包括多条平形排列的电极及同时连接所有所述电极的一条或一条以上边线；两所述电极板交错叠放，使一电极板的电极置于另一电极板的两相邻电极之间，形成电极组；两所述电极板之间相互绝缘。

所述电极板为梳齿状电极板，包括多条平行排列的电极，及同时连接所有所述电极一端的一条边线，所述电极的另一端为自由端。

一电极板的边线位于另一电极板中电极的自由端侧。

所述电极板为栅形电极板，包括多条平行排列的电极，及分别连接所述电极的两端的两条边线。

两所述电极板的边线之间设置绝缘材料。

所述电极板为立体栅形电极板，包括多条平行排列的电极，及分别连接所述电极的两端的边线；所述电极的两端弯折，在交错叠放时相互避让。

所述电极的两端弯折成阶梯状，使所述电极的中部相对于两端凸起。

两所述电极板的相对边线之间设置固定件，将两所述电极板固定为一体。

两所述电极板外部均设置绝缘层。

一电极板外部设置绝缘层，另一电极板为耐腐蚀性材料制成的裸电极。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明的钣金介电电泳电极结构，两片电极板均冲压一体成型，其上制有多条平形排列的电极，以及连接所述电极的一条或一条以上边线，两片电极板之间交错叠放，使两片电极板的电极相互间隔对应以形成电极组；电极板通过钣金工艺一体成型，生产成本低，较圆柱形电极降低成本70％以上；任何一处位置连接电源即可使得整板得以供电，从而使电极和连接导线集成在一个钣金件上；根据钣金选材质地和厚度的不同，可具备一定柔性或刚性，可卷曲或平展使用；在安装时由于各电极之间相对位置已经设定好，可进行整个电极板的一体安装，不会造成电极排列的混乱。

2、本发明的钣金介电电泳电极结构，电极板可设置为梳齿状电极板，当两片梳齿状电极板交错构成钣金介电电泳电极结构时，第一梳齿状电极板的电极从第二梳齿状电极板的电极之间***，形成电极组，这样可以防止两片电极板在叠加时边线相接触，产生干涉，具有结构极为简化，制造容易，安装方便的优点。

3、本发明的钣金介电电泳电极结构，电极板可为栅形电极板，当两片栅形电极板间隔交错叠放构成钣金介电电泳电极结构时，电极的两端均通过边线连接在一起，因此电极在安装时位置相对固定，不需要后期调整；而且，为了避免栅形电极板的边线相接触，可使两电极板的边线折弯避让，也可在两电极板的边线之间设置绝缘片。

4、本发明的钣金介电电泳电极结构，电极板可为立体栅形电极板，当两个立体栅形电极板交叠构成钣金介电电泳电极结构时，两个电极板的电极中部交叉，形成叉指电极；且由于电极的两端弯折，因此两立体栅形电极板的边线之间存在缝隙，能自动相互绝缘。

附图说明

图1是本发明的电极组分布示意图；

图2是本发明的电场及介电电泳力矢量和等值线图；

图3是本发明的实施例一的梳齿状电极板结构示意图；

图4是本发明的实施例一的梳齿状电极板构成的钣金介电电泳电极结构示意图；

图5是本发明的实施例二的栅形电极板结构示意图；

图6是本发明的实施例三的立体栅形电极板的立体示意图；

图7是本发明的实施例三的立体栅形电极板主视图；

图8是本发明的实施例三的立体栅形电极板构成的钣金介电电泳电极结构侧视图；

图9是本发明的实施例三的立体栅形电极板构成的钣金介电电泳电极结构俯视图。

附图标记说明

1-第一电极、2-第二电极、3-梳齿状电极板、4-梳齿状电极板的电极、5-梳齿状电极板的边线、6-栅形电极板、7-栅形电极板的电极、8-栅形电极板的边线、9-立体栅形电极板、10-立体栅形电极板的电极、11-立体栅形电极板的边线。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例1

一种钣金介电电泳电极结构，其包括两片分别连接交流电源不同输出端的电极板，电极板为一体式结构，在薄金属板材上直接切割或冲压成型的钣金件。该两片电极板均冲压一体成型，并制有平行排列的电极及连接所述电极的一条或一条以上边线，所述两片电极板之间交错叠放，使两片电极板的电极相互间隔对应以形成电极组。且如图1所示，第一电极板中的第一电极1(涂黑色)设置在第二电极板的第二电极2(涂白色)之间的空档，使第一电极1和第二电极2交错排列，构成电极组；第一边线和第二边线分别连接交流电源的不同输出端，第一边线和第二边线的形状可以相同，也可以不同。

如图2所示，当第一边线和第二边线分别接通交流电源的两输出端时，电极间形成不均匀电场，图为介电电泳电极阵列中沿电极的长度方向产生介电电泳力矢量和等值线。

如图3所示，两片电极板均为梳齿状电极板3，该梳齿状电极板3由多条平行排列的电极4及共同连接该电极4一端的一条边线5构成，所述多条平行排列的电极4的另一端为自由端。两片梳齿状电极板3交错叠放，两片梳齿状电极板3的电极4之间左右间隔对应，形成电极组。如图4所示，当两片电极板交错叠放构成钣金介电电泳电极结构时，第一梳齿状电极板的电极4从第二梳齿状电极板的电极之间***，形成电极组。这样可以防止两片电极板在叠加时边线5相接触，产生干涉。梳齿状电极板3的外表面可均设置绝缘层，也可一个绝缘另一个为裸电极板；当有一个梳齿状电极板3为裸电极板时，该梳齿状电极板3应为耐腐蚀材料，或经过耐腐蚀处理。

实施例2

如图5所示，与实施例1不同之处为：两片电极板为栅形电极板6，该栅形电极板由多条平行排列的电极7及连接该电极的两端的两条边线8构成。两片栅形电极板间隔叠放，形成电极组。两片栅形电极板6的边线8之间采用绝缘片进行间隔叠放。当两片栅形电极板6交叠构成钣金介电电泳电极结构时，在两栅形电极板6的边线8之间设置所述绝缘片，可避免两栅形电极板6的边线8相接触，由于电极7的两端均通过边线8连接在一起，因此电极7在安装时位置相对固定，不需要后期调整。

实施例3

如图6所示，与实施例1不同之处为：两片电极板为立体栅形电极板9，该立体栅形电极板9由多条平行排列的电极10及连接该电极的两端的两条边线11构成，电极10的两端向同侧方向弯折后，再分别连接两条边线。优选的方式为：电极10的两端向垂直于电极的方向弯折后，再向平行于电极10的方向弯折90°，形成阶梯状，使电极10的中部相对于两端凸起。如图7、8、9所示，两片立体栅形电极板9的边线部分间隔叠放，两片立体栅形电极板9的电极10之间相互交错，形成电极组。由于电极10的两端弯折，因此两立体栅形电极板9的边线11之间存在缝隙，能相互避让自动绝缘。电极板的相对边线之间设置固定件，将两所述电极板固定为一体。

钣金介电电泳电极结构中两电极板分别连接交流电源的一个输出端与另一个输出端，且优选两输出端之间的相位相差180°。当交流电源输入的频率不同时，产生正介电电泳效应或负介电电泳效应。含尘气流沿垂直于电极轴线方向进入四边形电极组区域，当经过交流电场覆盖范围时，其中的颗粒物受到介电电泳力的作用向电场强度大的方向移动，聚集于电极棱边处，当介电电泳力大于斯托克斯力时(颗粒物在低速流体中主要受力为粘滞阻力)，颗粒得以捕获在电极形成的电场范围内。且当颗粒浓度足够大时，电极周围的颗粒由于碰撞以及“链”效应凝聚成较大颗粒并沉降下来。这样就可以分离出气体或流体中的颗粒，并将它们收集起来。

而乳化液中不同液体在电场的作用下表现出不同的电极化性质，这一区别可以使悬浮的液滴在不均匀电场中产生介电电泳效应并被向同一方向，即向高电场强度的位置移动。在移动的过程中，由于碰撞及局部高电场强度在两两小液滴之间的液体膜将被穿破，从而合并成更大的液滴。随着不断的运动和液滴合并，乳化作用将被破坏而形成两个不同液体相并被分离。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (5)

1.一种钣金介电电泳电极结构，其特征在于：包括两片分别连接交流电源不同输出端的电极板；所述电极板为一体成型的钣金件，包括多条平形排列的电极及同时连接所有所述电极的一条以上边线；两所述电极板交错叠放，使一电极板的电极置于另一电极板的两相邻电极之间，形成电极组；两所述电极板之间相互绝缘；所述电极板为立体栅形电极板，包括多条平行排列的电极，及分别连接所述电极的两端的边线；所述电极的两端弯折，在交错叠放时相互避让。

2.如权利要求1所述的一种钣金介电电泳电极结构，其特征在于：所述电极的两端弯折成阶梯状，使所述电极的中部相对于两端凸起。

3.如权利要求1或2所述的一种钣金介电电泳电极结构，其特征在于：两所述电极板的相对边线之间设置固定件，将两所述电极板固定为一体。

4.如权利要求1或2之一所述的一种钣金介电电泳电极结构，其特征在于：两所述电极板外部均设置绝缘层。

5.如权利要求1或2之一所述的一种钣金介电电泳电极结构，其特征在于：一电极板外部设置绝缘层，另一电极板为耐腐蚀性材料制成的裸电极。