用于分離介質(zhì)內(nèi)顆粒和小液滴的介電電泳電極及電極陣列的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于分離介質(zhì)內(nèi)顆粒和小液滴的 介電電泳電極及電極陣列。
【背景技術(shù)】
[0002] 介電電泳描述的是位于非勻稱電場的電中性顆粒由于介電極化的作用而產(chǎn)生的 平移運動。產(chǎn)生在顆粒上的偶極矩可以由兩個相同帶電量但極性相反的電荷來表示，當(dāng)它 們在顆粒界面上不對稱分布時，產(chǎn)生一個宏觀的偶極矩。當(dāng)這個偶極矩位于不勻稱電場中， 在顆粒兩邊的局部電場強度的不同產(chǎn)生一個凈力，稱為介電電泳力。由于懸浮于媒介中的 顆粒與媒介有著不同的介電能力（介電常數(shù)），顆粒會朝電場強度增強的方向移動，稱為陽 性介電電泳，反之若顆粒朝電場強度減弱的方向移動，稱之為陰性介電電泳。
[0003] 當(dāng)顆粒（半徑r、相對介電常數(shù)為ε p、電導(dǎo)率σ p)懸浮于流體介質(zhì)（相對介電常 數(shù)為ε f、電導(dǎo)率為σ f)時，其所收到的介電電泳力為：
[0004] Fdep= 2 π ε 0 ε fr3Re [k* (ω) ] ▽ IE 12 (I)
[0005] 式中：
；Ε 是外加電場強度的均方根；ε。是真空介電常數(shù)；ω是電場角頻率。DEP力方向?qū)⑷Q于 Ρ(ω)的實數(shù)部分，即CM因子，在CM>0時為陽性介電電泳，粒子從低電場區(qū)域運動到高電 場區(qū)域，反之為陰性介電電泳。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)中，空氣除塵通常采用靜電除塵法，是利用電泳（electrophoresis, EP) 的原理，在高壓直流電場中使空氣中的氣體分子電離，產(chǎn)生大量電子和離子，在電場力的作 用下向著與電子和離子電性相反的電極移動。在移動過程中碰到氣流中的粉塵顆粒使其荷 電，荷電粉塵顆粒在電場力作用向電極運動，實現(xiàn)固體粒子或液體粒子與氣流的分離。工業(yè) 上廣泛應(yīng)用的是管式電除塵器和板式電除塵器。
[0007] 與電泳技術(shù)不同的是：
[0008] (1)介電電泳操縱的是電中性顆粒，使其由于介電極化的作用而產(chǎn)生的平移運動； 電泳操縱的是電子和離子，使其負荷在粉塵顆粒上產(chǎn)生定向移動。
[0009] (2)介電電泳中顆粒運動方向與電場的方向無關(guān)，只與其本身的介電常數(shù)和介質(zhì) 的介電常數(shù)有關(guān)；電泳中顆粒運動方向取決于顆粒所帶電荷的符號和電場的方向，電場方 向反轉(zhuǎn)則運動方向反轉(zhuǎn)。
[0010] (3)介電電泳需要非均勻電場；電泳在均勻或非均勻的場中都可發(fā)生。
[0011] (4)介電電泳力的大小正比于顆粒直徑的立方；電泳力的大小正比于顆粒所帶電 荷的多少。
[0012] 中國專利：一種介電電泳電極結(jié)構(gòu)（【申請?zhí)枴?01410407467. 8,申請日： 2014. 08. 19)公開了一種具有交叉結(jié)構(gòu)的電極，由權(quán)力要求1和說明書第[0005]段的"所 述第一導(dǎo)線群中的一部分導(dǎo)線連接電源正極，另一部分連接電源負極"可知，該電極在應(yīng)用 中，通入的是直流電源（只有直流電源才分正負極）。雖然申請人在說明書第[0006]段中闡 述該電極結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生不均勻電場，但從原理上來看這個不均勻電場是不能持續(xù)存在的。
[0013] 當(dāng)介質(zhì)中的電極通入直流電后，因不能抵消的帶電粒子由于前面所述的電泳效 應(yīng)，匯聚在極性相反的電極表面，產(chǎn)生類似于靜電屏蔽的效果，外電場強度被削減為0。這樣 就達不到在電極中間產(chǎn)生不均勻電場的作用，因此上述設(shè)置達不到實用新型目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于分離介質(zhì)內(nèi)顆粒和小 液滴的介電電泳電極，以及由陣列平行排布的電極構(gòu)成的電極陣列；可將不同組的電極分 別連接在交流電源的兩端，可在較大范圍內(nèi)形成介電電泳效應(yīng)。
[0015] 本實用新型決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0016] -種用于分離介質(zhì)內(nèi)顆粒和小液滴的介電電泳電極，其特征在于：所述介電電泳 電極包括金屬型材，所述金屬型材的橫截面為帶有凸起的形狀，所述凸起構(gòu)成所述介電電 泳電極的棱線。
[0017] 所述介電電泳電極的外表面設(shè)置絕緣層。
[0018] 所述橫截面為帶有尖銳凸起的多邊形。
[0019] 所述橫截面為三角形、四邊形、三角星形或四角星形。
[0020] 一種用于分離介質(zhì)內(nèi)顆粒和小液滴的介電電泳電極陣列，其特征在于：它包括多 行平行設(shè)置的一組介電電泳電極；所述介電電泳電極之間的中心距或間距均勻分布；相鄰 行和/或相鄰列的介電電泳電極的棱線相對設(shè)置，且棱線相對的兩個介電電泳電極分別連 接交流電源的一個輸出端與另一個輸出端；所述介電電泳電極垂直于介質(zhì)的流動方向，或 與介質(zhì)的流動方向有銳角夾角。
[0021] 所述介電電泳電極的橫截面為三角形或三角星形時，上一行的電極與下一行的介 電電泳電極的棱線相對。
[0022] 以第η行~第n+3行的介電電泳電極為一個單元循環(huán)，第η行的介電電泳電極間 隔排列且獨角向上，第η+1行的介電電泳電極位置對應(yīng)于第η行的相鄰兩介電電泳電極之 間且獨角向下，第η+2行的電極位置對應(yīng)于第η+1行的介電電泳電極且獨角向上，第n+3行 的介電電泳電極位置對應(yīng)于第n+2行的相鄰兩介電電泳電極之間且獨角向下；同在第η行 的介電電泳電極連在交流電源的一個輸出端上，同在第η+1行的介電電泳電極連在交流電 源的另一個輸出端上。
[0023] 當(dāng)所述介電電泳電極的橫截面為四邊形或四角星形時，同一行內(nèi)相鄰介電電泳電 極的棱線相對，同一列內(nèi)相鄰介電電泳電極的棱線相對。
[0024] 第η行的第奇數(shù)個介電電泳電極和第η+1行的第偶數(shù)個介電電泳電極連在交流電 源的一個輸出端上，第η行的第偶數(shù)個介電電泳電極和第η+1行的第奇數(shù)個介電電泳電極 連在交流電源的另一個輸出端上。
[0025] 所述交流電源的一個輸出端與另一個輸出端之間的相位相差180°。
[0026] 本實用新型的優(yōu)點和有益效果為：
[0027] 1、本實用新型的介電電泳電極及電極陣列，可將不同組的電極分別連接在交流電 源的兩端，可以在較大尺度范圍形成介電電泳效應(yīng)，對于處于或經(jīng)過其電場覆蓋范圍的流 體，選擇性的對其中含有的電中性顆粒進行分離或富集。相對于傳統(tǒng)介電電泳在芯片微納 米級別尺度的應(yīng)用，本實用新型采用的電極絲直徑在毫米級別尺度，長度在米級別尺度，將 電極對陣列后，可以覆蓋立方米級別尺度甚至更大的體積。
[0028] 2、本實用新型的介電電泳電極及電極陣列，可以用于環(huán)境工程領(lǐng)域的快速沉降， 氣體中懸浮雜質(zhì)的去除，石油、原油去乳化提純再回收利用等。
【附圖說明】
[0029] 圖1為橫截面為三角形的介電電泳電極；
[0030] 圖2為橫截面為三角星形的介電電泳電極；
[0031] 圖3為橫截面為四邊形的介電電泳電極；
[0032] 圖4為橫截面為四角星形的介電電泳電極；
[0033] 圖5為本實用新型的電極陣列的平行排布示意圖；
[0034] 圖6為本實用新型的電極陣列的結(jié)構(gòu)示意圖（橫截面為四邊形）；
[0035] 圖7為本實用新型的電極陣列的結(jié)構(gòu)示意圖（橫截面為三角形）；
[0036] 圖8為本實用新型的電極陣列的結(jié)構(gòu)示意圖（橫截面為四角星形）；
[0037] 圖9為本實用新型的電極陣列的結(jié)構(gòu)示意圖（橫截面為三角星形）；
[0038] 圖10為本實用新型的橫截面為四邊形的電極陣列的平面示意圖；
[0039] 圖11為本實用新型的橫截面為三角形的電極陣列的平面示意圖；
[0040] 圖12為三角形電極接電示意圖；
[0041] 圖13為三角星形電極接電示意圖；
[0042] 圖14為四邊形電極接電示意圖；
[0043] 圖15為四角星形電極接電示意圖；
[0044] 圖16為方形電極陣列產(chǎn)生介電電泳力的分布圖（系數(shù)值，瞬時）；
[0045] 圖17為四角星形電極陣列產(chǎn)生介電電泳力分布圖（系數(shù)值，瞬時）；
[0046] 圖18為三角形電極陣列產(chǎn)生介電電泳力分布圖（系數(shù)值，瞬時）。
[0047] 附圖標(biāo)記說明
[0048] 2-橫截面為三角形的介電電泳電極、3-橫截面為三角星形的介電電泳電極、4-橫 截面為四邊形的介電電泳電極、5-橫截面為四角星形的介電電泳電極、7