一個奈米微粒充電器的研發

Abstract

本研究設計了一個單極微粒充電器，用以提升奈米微粒在靜電集塵器內的去除效率。本充電器類似電極線-圓管(wire-in-tube)的構造，電極線為4條直徑為25 μm黃金線，長度為15 mm，不□鋼外殼內徑為50 mm，藉由電暈放電產生大量單極空氣離子(Ni)，使奈米微粒充電。我們在充電器內壁上設置有一鋁環，使其與不□鋼內壁間形成一0.5 mm縫隙，在狹縫中引入包覆空氣以防止微粒在充電區的靜電損失，包覆空氣加大了氣膠的總流量，可縮短微粒在充電區內部的充電或停滯時間(t)，也有減少微粒靜電損失的效果，使充電效率提升。 測試結果發現，充電器的電壓操作範圍介於+4.0 KV~+10 KV，相對應的離子數目濃度介於2.72×108 ions/cc~3.87×109 ions/cc間。當未使用包覆空氣、在相同充電電壓下，氣膠流量在2~10 L/min時，停滯時間自0.67秒下降至0.13秒，外在充電效率隨著氣膠流量的增加而增加。當充電電壓愈高，離子數目濃度愈高，理論上在相同的條件下充電效率會提高， 10~50 nm微粒於+4.4 KV~+5.6 KV電壓下(Ni值為3.5×108 ions-sec/cc至1.7x109 ions/cc)，20 nm以下微粒的效率隨電壓增加而增加，在+5.6 KV時外在充電效率提升了10~20 %，反之對20 nm以上微粒而言，因為高電場造成過多的靜電損失，於電壓增至+5.0 KV後效率曲線趨於平緩，無法進一步提升。包覆氣體的測試結果發現，在相同電暈電壓和氣膠流量操作下，隨著0~9 L/min包覆氣體的施加，靜電損失減少，外在充電效率得以提升10~20 %。因此，微粒於高離子數目濃度配合在充電區內部短暫停滯時間，可獲得較高的外在充電效率。最後發現於本研究中，最佳的操作條件為+6.0 KV充電電壓，氣膠流量10 L/min配合包覆氣體9 L/min，粒徑10~50 nm的氯化鈉微粒的最佳外在充電效率值可達14 %~77 %。TDMA(Tandem Differential Mobility Analyzer)分析所得的充電微粒電荷分佈和平均帶電量實驗結果顯示，修正後Fuchs理論值與實驗值十分接近。

關鍵詞：奈米微粒、單極微粒充電器、充電效率