Diffuusiovarautumiseen perustuvan pienhiukkassuodattimen kehitys

Tässä työssä tarkoituksena oli kehittää sähköinen pienhiukkassuodatin, joka koostuu puhallusvaraajista sekä keräimestä. Sylinterimäisen puhallusvaraajan sisälle synnytetään koronapurkaus ja syntyneet ionit puhalletaan paineilmalla ulos varaajasta. Pituudeltaan noin metrin kokoinen Suula-keräin koostuu useista keräyslevyistä ja sen kokonaiskeräyspinta-ala on noin 30 m2. Pitemmässä ja kapeammassa prototyyppikeräimessä on yksi keräyslevy, jonka pinta-ala on noin 0,4 m2. Sen sisääntuloon ja ulosmenoon sijoitetuilla virtausohjaimilla pyritään parantamaan virtausgeometriaa. Aerosoli on kaasun sekä kiinteiden tai nestemäisten hiukkasten muodostama seos. Hiukkaset jaotellaan niiden koon perusteella hienoihin, karkeisiin ja siirtymäalueella oleviin. Niiden lukumäärään, kokoon ja muotoon vaikuttavat nukleaatio, tiivistyminen ja haihtuminen sekä koagulaatio ja agglomeraatio. Hiukkasen koko vaikuttaa ratkaisevasti sen fysikaalisiin ominaisuuksiin. Diffuusiovarautumisessa lämpöliike saa ionit törmäilemään hiukkasiin ja siirtämään varauksensa niihin. Hiukkasia voidaan varata diffuusiolla tehokkaasti käyttäen ionien lähteenä joko radioaktiivista lähdettä tai koronapurkausta. Koronapurkaus saadaan aikaan käyttämällä teräväreunaista elektrodia, johon tuodaan korkea negatiivinen tai positiivinen jännite. Kenttävarautumisessa sähkökentän kenttäviivojen mukaisesti kulkevat ionit törmäävät virtauksessa kulkeviin hiukkasiin ja siirtävät varauksensa niihin. Diffuusiovarautuminen on tehokkainta pienillä ja kenttävarautuminen suurilla hiukkasilla. Suodattimia on mekaanisia ja sähköisiä. Sähkösuodattimen on pystyttävä varaamaan hiukkaset ja tuottamaan suuri sähkökenttä, jolla varatut hiukkaset saadaan kulkeutumaan keräyspinnoille. Lisäksi on oltava mekanismi keräytyvän hiukkasaineksen poistoon. Sähkösuodattimet ovat rakenteeltaan joko sylinteri- tai levymallisia ja toiminnaltaan yksi- tai kaksivaiheisia. Hiukkasia suodatetaan ilmakehän saastumisen estämiseksi, laitteiden suojaamiseksi sekä arvokkaiden hiukkasten keräämiseksi talteen. Työssä mitattiin puhallusvaraajan tuottamaa ionituottoa ja tilavuusvirtausta, sen likaantumista sekä hiukkasille aikaansaatua varauslukua. Suula-keräimellä mitattiin keräystehokkuutta TTY:n laboratoriossa ja Wärtsilän tehtaalla. Kokonaiskeräystehokkuuksiksi saatiin vastaavasti noin 80% ja 65%. Jälkimmäisen mittauksen huonompi keräystehokkuus saattoi johtua hiukkaskokojakauman epästabiilisuudesta vielä keräimessäkin sekä keräimessä palaneesta koronapurkauksesta. Prototyyppikeräimelle mitattiin TTY:n laboratoriossa kokonaiskeräystehokkuudeksi parhaimmillaan noin 70%. Laboratoriossa mitatut keräystehokkuudet olivat erittäin hyvät, kun otetaan huomioon käytettyjen keräimien koko ja keräyspinta-ala. /Kir1