CN102164677A - 用于提高空气净化效率的设备、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于提高有关穿过开口的气体介质的空气净化效率的设备、系统和方法。包括高压电源，所述高压电源在所述开口上产生有效电压场；和至少一个电荷泄放元件，所述至少一个电荷泄放元件被构造并布置，以在所述开口上保持有效电压场。

Description

用于提高空气净化效率的设备、系统和方法

背景技术

本发明涉及净化和过滤系统以及方法，更具体地讲，涉及在移除气体介质(例如空气)中悬浮污染物方面具有提高效率的净化和过滤系统、设备以及方法。

已知用于净化和过滤空气的污染物(例如气味、气体、烟尘、花粉、粉尘等)的若干空气及气体粒子净化和过滤系统以及方法。室内空气净化器利用可以包括带静电纤维的过滤元件，因为后者具有用于从穿过过滤器的空气捕获带电粒子的相对较高的效率。

一种市售类型是室内空气净化器。一些室内空气净化器是便携式的，并包括过滤系统、风扇和用于使空气分子和粒子带电的装置。过滤系统通常包括元件。风扇单元通常将环境空气吸入空气净化器中并在将其从排气通道排出之前通过过滤元件。在其它实施例中，风扇可以将空气吸入进气通道中，然后迫使空气在穿过排气通道之前通过过滤器。通常，在这类室内空气净化器中，离子发生器在流动空气流中产生离子以用于使空气中的分子带电。产生的离子可以是正极性、负极性或正极性和负极性二者的组合。线材、点、或刷子等等形式的高压电极包括在此类方法中。例如，当用具有1GΩ输入阻抗的高压电表测量时，高压可以是大约+/-4-20kV；而当用具有10GΩ输入阻抗的高压电表测量时，高压为约+/-4-30kV。在空气净化器内以及离开空气净化器的电离空气分子被理解为将其电荷快速转移到包括粒子、气味、气体等等的空气污染物。通过电离空气分子带电的空气和气体污染物中的一些通过凝聚变得过重而不能留在空气中，并因此沉降或沉淀到地面。其它带电污染物被吸引到围绕空气净化器的室内表面(如壁等)，并且还有些被风扇的吸力吸回到空气净化器中，以由室内空气净化器内的过滤元件捕集。在一些室内空气净化器中，过滤元件可以为带静电的，以便特别易于吸引带静电的污染物，并且这因此增加了移除效率。此后一类型空气净化器的实例可以商品名FAP04-RC Ultra-Slim Air Purifier(FAP04-RC超薄空气净化器)从3M Corporation(St.Paul，MN)商购获得。

已确定的是已知空气净化器的粒子移除效率会随时间而变化。据信此类变化至少随穿过室内空气净化器的空气的电离变化而变化。电离物趋于积聚或积累在空气净化器的围绕表面上。同样地，由于电子流和离子电流减少，这些电压场趋于崩溃，这趋于降低整体性能的效率。

已尝试已知的方法，从而得到流动空气的更持续电离。一些方法已利用刷子产生离子，刷子通过基准地线连接到靠近离子发生器放电口的外壳内部，基准地线是没有附接到接地线的线材，而是从离子发生器变压器提供低电压基准，高压电路由离子发生器变压器升压。地线产生孤立点接地。已确定的是，上述点接地布置产生不一致的电离结果，如通过用于微粒(例如为1微米或更小的烟草烟雾和燃烧副产物)的清洁空气递送率(CADR)的大致预期测量值的不一致性所测定的那样。

另一种方法包括在空气净化器出口中的印刷电路板上及周围增加若干条导电带，并将其从离子发生器电源连接到基准接地。此布置在对CADR提供切实的有益效果方面看起来并不成功。

又一种方法包括使用在离子发生器放电口上游并连接到外壳内部的若干英寸(如7.5英寸)长的暴露导电带。暴露接地带产生反复无常的结果，并且当安装过滤器时，离子发生器放电口没有至接地源的路线。此方法也不会产生改善在放电口上的电离一致性的结果。

空气净化器中的其它接地方案包括在排气出口上游的高压放电电极和相对于气流垂直于放电口定位的封端的金属引脚。塑料护罩块使介于放电口和接地引脚之间的路线导向。这类空气净化器趋于在移除亚微米污染物方面不太有效，另外，此类污染物中的一些积聚在护罩上，并且此类积聚可以在高压电极和接地部之间提供导电通路，从而会潜在地形成局部短路以及长期的性能下降。

因此，迄今已知的空气净化器因其瞬变效力都不能在一段时间内如本来所需的那样高效。因此，需要这样的空气净化器以及与其相关的方法，该方法特别可用于延长气体或空气净化系统的效力，以便使其如本来所需的那样高效。

发明内容

本发明涉及在一段时间内在开口上保持有效电压场的方法，所述开口具有穿过其的气体介质，其中静电电荷积聚在围绕开口的结构上。该方法包括：在开口内和/或附近提供至少高压电源，以在开口上建立有效电压场；以及控制在围绕开口的结构上的电荷的积聚，该开口通过以在开口上大致保持有效电压场的方式将电荷从其泄放来影响电压场。

本发明涉及系统，该系统包括：外壳组件，其限定允许空气穿过的开口；电机驱动风扇，其与外壳组件相连，并且操作用于驱动空气通过开口到达开口的下游；至少高压电源，其在开口内和/或附近以将电荷电离并转移到空气中的分子，并在开口上建立有效电压场；至少一个电荷泄放元件，其邻近开口并与外壳组件相连，其中泄放元件的电压电位低于高压电源；和绝缘材料，其介于泄放元件和高压电源之间，以用于控制积聚在外壳组件上的电荷向泄放元件的迁移，以便在一段时间内在开口上大致保持有效电压场。

本发明涉及用于从空气中移除污染物的空气净化器设备。该设备包括：外壳组件，其限定允许空气穿过的开口；电机驱动风扇，其与外壳组件相连，并且操作用于驱动空气通过开口到达开口的下游；至少高压电源，其在开口内和/或附近以将电荷电离并转移到空气中的分子，并在开口上建立有效电压场；至少一个电荷泄放元件，其邻近开口并与外壳组件相连，其中泄放元件的电压电位低于高压电源；和绝缘材料，其介于泄放元件和高压电源之间，以用于控制积聚在外壳组件上的电荷向泄放元件的迁移，以便在一段时间内在开口上大致保持有效电压场；和过滤机构，其在外壳组件中并位于开口的上游，以用于从空气中移除污染粒子。

本发明的方面包括用于提供气体介质(例如室内空气)更一致电离的方法、系统和设备。

本发明的另一方面包括(如上所述)用于有效控制静电泄放以便在一段时间内在气体介质穿过的开口上保持有效预定电压场的方法、系统和设备。

本发明的另一方面包括(如上所述)用于通过高压电源在一段时间内在开口上产生电压场的方法、系统和设备，该高压电源包括至少点离子发生器和绝缘泄放电极，该绝缘泄放电极从该点离子发生器的至少略微上游到达该点离子发生器的下游紧邻该点离子发生器。

本发明的另一方面包括(如上所述)用于控制通过绝缘材料到泄放电极的电荷迁移以便在一段时间内在开口上延长或保持有效电压场的方法、系统和设备。

本发明的另一方面将以使风扇电机将在其上积累或积聚过量静电电荷的可能性降到最低的方式来实现上述目的。

本发明的另一方面将以高性价比制造、装配、和使用的方式来实现上述目的。

本文所述的方面仅仅是通过采用本说明可实现的若干目的中的几个。本发明的上述说明并未提出必须只能以具体的方式实施本发明才能实现上述目的。

附图说明

图1为根据本发明制备的空气净化器设备的透视图。

图2为图1所示空气净化器设备的侧正视图。

图3为类似于图1但前外壳面板被移除以用于示出本发明的空气净化器的部件中的一些的视图。

图4为根据本发明的风扇系统和离子发生器系统的放大局部图。

具体实施方式

参见图1-4，该图用于示出本发明的一个示例性实施例，其涉及便携式空气净化器设备10和用于过滤和净化空间(例如房间)内空气的方法，该实施例使上述缺点和不足得到克服并最小化。虽然本发明是在用于室内空间内的便携式空气净化器设备10的背景下，但应当理解本发明的原理和范围预见到其在其它净化及过滤设备和系统中的使用。例如，用于过滤和净化空气的设备和方法可以用在熔炉、空气调节装置等等中。

空气净化器设备10中包括便携式的外壳组件12。另外，空气净化器设备10可以是壁式安装的。在示例性实施例中，外壳组件12包括具有一对配套外壳部分14a和14b以及可移除的面板16的竖式的主外壳本体14。主外壳本体14具有用于在直立条件下支承空气净化器设备10的底部平台18。主外壳本体14包括大致管状成形的构造，该构造限定用于允许空气穿过以及用于容纳至少空气移动系统22(例如风扇系统22)的直立腔体20(图3)。空气移动或风扇系统22包括整流罩或外壳23、过滤机构24和根据本发明的原理制备的离子发生器系统26。应当理解可以为外壳组件12提供各种构造形状和尺寸，并且本发明不受本文所述和所示的构造和相对尺寸的限制。外壳组件12可以由任何合适的材料或其组合制成，并且包括(但不限于)电绝缘材料，例如热塑性塑料(如ABS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)等等。

可移除的面板16具有大致细长且至少部分周向延伸的构造。可移除的面板16可以设定尺寸并成形来覆盖主外壳本体部分14a的壁部分30中的细长开口28。可移除的面板16通过以下机构可拆卸地附接到主外壳本体14：附接机构(未示出)；或其它类似类型的固定机构，其位于可移除的面板16底部中，与外壳部分14a上的安装结构29中形成的开口(未示出)配套。附接机构可以被构造用于以可脱开的方式接合主外壳本体的一部分，以用于将可移除的面板牢固地附接到主外壳本体。同样地，可移除的面板16允许触及外壳组件12的内部腔体20，以便(例如)允许以规定间隔更换过滤机构24。另外，可移除的面板16、开口28和主外壳本体12的组合和布置允许在可移除的面板周围延伸并进入腔体20中的入口开口32的形成。在此实施例中，入口开口32在可移除的面板16外围的一部分的附近形成。另一入口开口(未示出)邻近可移除的面板16的喇叭口底部形成，以允许引入足够的空气用于预期空气处理。本发明设想出其它的实施例，其中可以提供多个入口开口。例如，进气开口可以设置在面板和/或主外壳本体中。

参见图3、图4，该图用于示出外壳组件12包括在腔体20下游、限定在主外壳本体14的暴露上端部分中的出口开口34或出口34。风扇系统22包括固定到紧邻出口34定位的整流罩23的风扇电机36，并限定通过整流罩的空气开口或空气通道39。风扇系统22操作以用于可旋转地驱动在空气通道内从其转子径向延伸的多个叶片40。当被驱动时，叶片40将在其上游的空气抽吸通过入口开口32，并将在其下游的空气排出通过出口开口34，该出口开口包括可以由绝缘材料制成的格栅41。风扇电机36可以是便携式空气净化系统中使用的任何合适的类型，并由任何合适的电源(例如AC电源)供电。风扇电机36处于通常由附图标记42表示的控制单元的控制下，该控制单元包括手动操作的电源开关。风扇电机和控制单元可以类似于用于净化室内空气的FAP04-RC Ultra-Slim Air Purifier(FAP04-RC超薄空气净化器)中所使用的，该空气净化器可从3M Corporation(St.Paul，MN)商购获得。控制单元可以控制电源的“打开”和“关闭”来操作响应于开关的正常操作的风扇和离子发生器。在操作风扇电机时，可以向离子发生器供电以用于电离。应当理解仅提供了风扇电机和控制单元的理解本发明所需要的那些部分。

现参见图2，该图用于示出一种已知类型的过滤机构24的一个示例性实施例，该过滤机构通过任何已知且合适的方法可拆卸地安装在外壳组件12中的安装组件上。过滤机构24可以是通过细长开口28可替换的类型。在示例性实施例中，应当理解本发明设想出使用各种用于过滤机构24的过滤器。在示例性实施例中，过滤机构24在矩形框架上可以包括至少一种同时进行机械过滤和静电过滤的过滤介质元件25。此类过滤机构将各种尺寸的污染物(例如烟气颗粒)从在腔体20中流动的空气中净化并移除。此类过滤介质提供相对于接地部永久驻极体带电的集合表面，以使得电离分子的电荷将被吸引到过滤器。过滤介质的带电纤维吸引浮动带电粉尘粒子。

本发明设想出非织造聚合物纤维网可通过将该网转化为驻极体(即显示具有准永久性电荷的电介质材料)来改善。驻极体在提高气溶胶过滤器的颗粒捕集能力方面是有效的。驻极体可用于包括如空气过滤器的各种装置。熔喷、带电纤维可由已获得电荷(仅正、仅负或正和负两者)的材料形成。驻极体可以由合成聚合物(如含氟聚合物、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成。虽然上述材料是示例性的，但可以使用其它材料。市售的合适带电纤维的代表性实例包括可从3M Corporation(St.Paul，MN)商购获得的“FILTRETE”纤维。“FILTRETE”纤维是驻极体纤维，即，其中已建立电荷永久状态的纤维。如上所述，过滤介质也可以是用于前述用于室内的FAP04-RC Ultra-Slim Air Purifier(FAP04-RC超薄空气净化器)的类型。同样地，该空气净化系统可以为由AHAM Room Air Cleaner Certification Program(AHAM室内空气滤清器认证程序)的房间尺寸定义和计算方法所限定的类似的房间尺寸提供类似于HEPA空气净化器的清洁率。

虽然未示出，但过滤机构24可以设置有过滤器监测器(未示出)，例如定时器，以用于指示过滤器何时需要更换。应当理解，过滤阻力越大，风扇功率就必须越大，以将空气抽吸通过。

如上所述，已知的在空气净化器中产生的静电电压场就时间而言趋于瞬态，因为此类场趋于因静电荷的积累或积聚而崩溃。具体地讲，积聚趋于降低介于电极和周围环境之间的电压电位。因此，离子电流以及因此空气分子的电离被有效地减少，从而有效地降低空气净化和过滤设备的效率。本发明涉及在预定时间段内大致保持电压场相对于空气净化器等的空气出口的一致性，以便由于足量的离子可以与通过空气相互作用而增加粒子移除过程的效率。本发明涉及在预定时间段内大致保持电压场相对于空气净化器等的空气出口的一致性。这样由于足量的离子可以与通过空气相互作用而增加粒子移除过程的效率。

电压场由出口34中的至少点高压电源44产生。通过将积聚泄放到明显更低的电位或地电位表面，即发生提到的对于沉积在围绕空气开口或空气通道39的绝缘外壳结构38上的电子积聚或积累的控制。理想的是，通过泄放电极46对电荷积聚或积累的控制在点源的下游发生。但在一些情况下，控制可以在点源的稍微上游的位置发生。点源和控制泄放电极的相对定位可以通过在预定时间段内与将CADR保持在所需范围内相对应的保持电压场大致一致的容易度来确定。根据本发明，电压场的此类一致性通常相对于已知空气净化系统延长。

在示例性实施例中，点源44可以由在控制单元控制下的至少一个高压电极44限定。电极44的远端49伸出稍微在叶片下游的风扇外壳部分38，并且其用于电离的操作处于如上所述的控制单元的控制之下。众所周知，可以操作控制单元，以便引起电子流进和流出远端49。电极44产生电子流以与气体介质相互作用，并在开口上建立有效电压场。为了举例说明，当用具有1GΩ输入阻抗的高压电表测量时，高压可以是大约+/-4-20kV；而当用具有10GΩ输入阻抗的高压电表测量时，高压为约+/-4-30kV。这些值是用于举例说明的目的，并且不应当认为是限制性的。在图示示例性实施例中，电极44具有平薄针状元件的形状。针状元件可以在其远端49处具有相对的尖点，电子放电在该尖点处进行。预见到其它的电极形状和尺寸。例如，这些电压放电电极或元件也可以包括线材或以某种点提供的其它导电元件。虽然示出了单电极，但应当理解，可以使用多个电极，例如刷子或多个单电极或线材。无论使用何种构型，电极或电极构型和定位应当在出口中提供足够的电压场，以如预期那样电离空气。另外，虽然电子从电极流动，但本发明预见到电子可以流进针状元件。

在图示示例性实施例中，积累或积聚电荷由泄放电极46通过绝缘材料放电。因此，由泄放电极46引起的吸引力以及净化器的围绕开口39的绝缘结构38的导电性控制电子从点源到泄放电极的迁移。因此，对保持有效电压场可能不利的任何过量积聚将被放电和控制。换句话说，正如其构造并布置的，泄放电极控制在围绕开口的结构上的电荷的积聚，该电荷通过以在开口上大致保持有效电压场的方式将所述电荷从其泄放来影响电压场。在图示示例性实施例中，泄放电极46可以是导电带46，为了放电过量的电荷，该导电带具有大量的预定表面积。导电带46可以是金属或一些其它导电材料。应当理解，可以提供其它类型的由导电带等等制成的导电元件。导电涂层可以涂覆到绝缘外壳材料。接地可以因导电的点或小面积而进行。此外，外壳整流罩组件38可以是多层的，其中一层由绝缘材料制成，另一层由导电材料制成。还应当理解，电荷通过泄放电极接地或放电不需要到达地面，但比高压点源的电压更低。在本发明中，风扇电机也可以通过引线37电连接到导电带或电极46。另外，接地可以通过延伸到电压场中或紧邻电压场的绝缘线材等来获得。

此外，绝缘整流罩外壳组件38的导电性可以是控制从电极积聚的电子的迁移的那样。外壳组件38可以由塑料绝缘材料制成，该塑料绝缘材料具有控制此类迁移的导电性。清楚的是，导电性不应当是使其成为完全绝缘的材料的那样，因为那将阻止迁移并从而阻止积聚或积累电荷的放电。反之，绝缘材料不应当太具有导电性，以致其起到破坏所需电压场或过度泄放电荷的作用。本发明预见到绝缘材料可以包括(但不限于)热塑性塑料(如ABS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)等等。

在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明可以采取多种修改和更改。因此，本发明不应该限于上述示例性实施例，而是应该受以下权利要求书及其任何等同物中提及的限制的控制。本发明也可以在不存在本文未具体描述的任何元件的情况下适当加以实施。

Claims (20)

1.一种在开口上保持有效电压场的方法，所述开口具有穿过其的气体介质，其中静电电荷在围绕所述开口的结构上积累，所述方法包括：

在所述开口内和/或附近提供至少高压电源，以在所述开口上建立有效电压场；以及

控制在围绕所述开口的结构上的电荷的积聚，所述开口通过以在所述开口上大致保持所述有效电压场的方式将所述电荷从其泄放来影响所述电压场。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供通过至少一个高压点源来进行。

3.根据权利要求2所述的方法，其中对所述积聚的控制包括提供比所述高压电源具有较低电压电位的元件和大致介于所述具有较低电位的元件与所述高压电源之间的绝缘材料。

4.根据权利要求3所述的方法，其中提供所述具有较低电压电位的元件包括提供具有预定区域的导电元件。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述控制包括通过选择具有预定性质的绝缘材料来控制通过所述绝缘材料的电子迁移。

6.根据权利要求5所述的方法，其中提供所述预定区域包括将其紧邻所述开口或稍微在所述高压电源上游放置。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述泄放为对地泄放。

8.根据权利要求2所述的方法，其中电子流动到所述至少一个点源中。

9.根据权利要求2所述的方法，其中电子从所述至少一个点源流出。

10.根据权利要求7所述的方法，还包括将电机接地，所述电机操作用于将所述气体介质移动通过所述开口到接地部，在所述接地部处进行放电。

11.一种系统，包括：

外壳组件，所述外壳组件限定允许空气穿过的开口；电机驱动风扇，所述电机驱动风扇与所述外壳组件相连，并且操作用于驱动所述空气通过所述开口到达所述开口的下游；

至少高压电源，所述至少高压电源在所述开口内和/或邻近所述开口，以将电荷电离并转移到所述空气中的分子，并在所述开口上建立有效电压场；

至少一个电荷泄放元件，所述至少一个电荷泄放元件邻近所述开口并与所述外壳组件相连，其中所述泄放元件比所述高压电源的电压电位低；和

绝缘材料，所述绝缘材料位于所述泄放元件和所述高压电源之间，用于控制在所述外壳组件上积聚的电荷向所述泄放元件的迁移，以便在一段时间内在所述开口上大致保持有效电压场。

12.根据权利要求11所述的系统，还包括：过滤机构，所述过滤机构包括带电纤维。

13.根据权利要求11所述的系统，进一步包括多个高压点源。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述多个高压点源包括由电极、针、线材、刷子、及其组合组成的高压点源组中的至少一种。

15.根据权利要求11所述的系统，其中所述高压电源包括由电极、针、线材、刷子、及其组合组成的高压点源组中的至少一种。

16.根据权利要求11所述的系统，其中所述绝缘材料包括热塑性塑料、ABS、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、及其组合中的至少一种。

17.根据权利要求11所述的系统，其中所述泄放元件具有控制所述电荷向其迁移的预定区域。

18.根据权利要求11所述的系统，其中所述泄放元件是接地部。

19.根据权利要求11所述的系统，还包括电机驱动风扇，所述电机驱动风扇与所述外壳组件相连，并且操作用于驱动气体介质通过所述开口到达所述开口的下游，其中所述电机接地到所述电荷泄放元件。

20.一种用于从空气移除污染物的空气净化设备，所述空气净化设备包括：

外壳组件，所述外壳组件限定允许空气穿过的开口；

电机驱动风扇，所述电机驱动风扇与所述外壳组件相连，并且操作用于驱动所述空气通过所述开口到达所述开口的下游；

至少高压电源，所述至少高压电源在所述开口内和/或邻近所述开口，以电离所述空气，并在所述开口上建立有效电压场；

至少一个电荷泄放元件，所述至少一个电荷泄放元件邻近所述开口并与所述外壳组件相连，其中所述泄放元件比所述高压电源的电压电位低，并且所述泄放元件被绝缘材料屏蔽，以用于控制在所述外壳组件上积聚的电荷向所述泄放元件的迁移，以便在所述开口上大致保持有效电压场；和

过滤机构，所述过滤机构位于所述外壳组件中并位于所述开口的上游，用于从所述空气移除污染物。

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