CN102164678A - 空气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于净化室内空气/室外空气的空气净化装置，所述装置包括空气流动管道(11；111)，其在轴向上具有一定尺寸，以容纳进入该装置的空气流；布置于空气流动管道(11；111)中的输送空气的风扇单元(13；113)；除尘器(12；112)，其连接至高电压源(23)并且具有供待净化空气流动穿过的通道，所述除尘器(12；112)包括两个电极元件或两组电极元件，每个或每组连接至高电压源(23)的相应电极；以及布置为靠近空气流动管道(11；111)的一端的单极电晕电极(21；121)。根据本发明的空气净化装置的显著特征在于靶电极(22；122)布置为与电晕电极(21；121)径向地间隔开，电晕电极(21；121)布置为使得在该处产生的离子能从电晕电极(21；121)朝着靶电极(22；122)自由地扩散，并且靶电极(22；122)包围进入该装置的空气流。

Description

空气净化装置

技术领域

本发明涉及一种空气净化装置，尤其是用于净化室内空气(这里指的是住宅空间、办公室或工业设施中的空气)的装置，但是也用于净化室外空气。更具体地，本发明涉及一种用于净化室内空气和/或室外空气的空气净化装置，该装置包括：空气流动管道，其在轴向上具有一定尺寸以容纳进入该装置的空气流；布置于空气流动管道中的输送空气的风扇单元；除尘器，其连接至高电压源并且具有供待净化空气流动穿过的通流通道，所述除尘器包括两个电极元件或两组电极元件，其中每个或每组电极元件连接至高电压源的相应电极；以及布置为靠近空气流动管道一端的单极电晕电极。

背景技术

已知呈两级的电过滤器形式的装置，其中电离设备采取电晕电极(corona electrode)和靶电极(target electrode)/反电极的形式，电晕电极和靶电极/反电极一起构成电离腔。通常由靶电极的壁构成的电离腔形成了很好地限定的空间，其中空气中的灰尘颗粒的充电在分离器的程度不同紧邻的附近发生，分离器构成两级电过滤器的一部分并且通常称为除尘器(precipitator)。这种空气净化设备(所谓的两级过滤器)的有效性很大程度上取决于电离腔的有效性。实现空气携带的灰尘的有效充电或带电的一种方式是用强大的电晕电流驱动电晕电极，但是这还会导致不希望的强大臭氧辐射。两级电过滤器的某些制造商，例如美国的Oreck，使用特殊的臭氧过滤器来处理这个问题。

实现有效充电且低臭氧辐射(即具有低电离电流)的另一种方式，是将电离腔构造为由电离腔的靶电极形成的充电空间很大程度上是处于空气流动方向上，其中空气携带的颗粒穿过电离腔到达除尘器。颗粒在这个区域中的驻留时间因而就变得相对较长，其结果是可用的充电时间也能相对较长。US 5,993,521描述了一种实施这种实现有效充电的两级电过滤器。然而，根据该专利的电离腔构造存在着缺点，即电离腔的物理容积导致了相对庞大的装置。这在使用例如US 6,203,600所述的高阻除尘器的情况下是特别敏感的，该专利使得能构造直径高达100cm或更大的相对较大的圆形除尘器。这种圆形除尘器的匹配电离腔有利地为管状，其在空气流动方向上测量的直径和长度相应于除尘器的直径。

近年来，关于室内环境及其对人体健康的影响的争论逐渐聚焦于吸入的空气中存在的颗粒。就这点而言，人们对于用所谓的独立式(或站立式)空气净化器来对常规通风系统进行补充的兴趣已经大大地增长。这就使得该装置必须具有显著降低空气携带的污染、同时不会不利地产生臭氧、并且具有低噪音水平和低能量消耗的能力。还需要该装置适应于室内环境，包括其尺寸、适合的现场电压，以及相当重要的易于维修。

US 6,398,852给出了引言所述种类的设备，基于优选实施例其目标是减小空气净化装置在穿过该装置的空气流动方向上的尺寸，其中使用了根据US 6,203,600构造的维持低臭氧产生的圆形对称除尘器。所述设备的有效性当然取决于空气流在电离腔中的驻留时间和电晕电流。

US 5,980,614描述了借助于非常低的电晕电流实现对空气携带的灰尘的有效带电的另一种方式。根据该发明，呈单极离子源(刷/点)形式的电晕电极布置为靠近包括除尘器、风扇和高电压源的设备，所述电晕电极布置为使得此处产生的离子基本上能从电晕电极自由地扩散或散布入包含待净化空气气团的空间。因而，设备就位于其中的空间构成了较大的电离腔。相对而言，颗粒的驻留时间因此就非常长，这使得能使用极低的电晕电流。后者可小于1微安培，相对而言这是非常低的电流。这种通过极低的电晕放电使悬浮微粒有效带电的方式的确起作用，但是这种方案存在着缺点。不仅脏的灰尘颗粒自身会沉积于房屋的墙壁上，而且设备附近的人也会被带电，这虽然不危险但是却令人会感到不适。

关于这一点，重要的是要指出，用所谓的两级电过滤器进行净化所需的颗粒有效带电，是相当不同于用所谓的离子发生器净化室内颗粒的要求。用于具有风扇的设备和用于除尘器的颗粒带电有效性，即两级电过滤器的有效性，需要与流过所述设备的空气流的速度相匹配，因为不然的话空气净化能力将会很低，因为仅是带电颗粒(悬浮微粒)能在除尘器中分离。借助于离子发生器进行颗粒的带电和净化，在具有或不具有布置于离子发生器处的颗粒吸引电极的情况下，不涉及这种需求。这种设备的尺寸被设计为使得源自电晕电极的离子云可在设备就位于其中的空间中自由地扩散或散布。

发明内容

本发明的主要目标是提出一种引言所限定种类的两级电过滤器，其通过使用极低的电晕电流获得了对空气携带灰尘(悬浮微粒或浮质)的有效分离，更具体地相应于这样的电晕电流水平，其可应用在具有单极电晕电极(刷/点)和离子在室内自由迁移的设备中，参见例如US 5,980,614。

本发明的又一目标是最小化电过滤器在空气流动方向上的尺寸。

至少本发明的主要目标由具有下述独立权利要求1所述特征的设备来实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中限定。

附图说明

下面参照附图描述本发明的优选实施例，其中：

图1示出了根据本发明的电过滤器的第一实施例的示意性局部剖视图；并且

图2示出了根据本发明的电过滤器的替代实施例的构成部分的示意性分解图。

具体实施方式

图1所示空气净化装置采取两级电过滤器的形式，其包括也用作空气流动管道的优选圆柱形外壳11。图1中的轴线C-C限定电过滤器的轴向并且也构成中心线。电过滤器还包括布置于外壳11中的易于更换且优选地圆柱形的静电除尘器12，以及空气输送设备，该空气输送设备呈现用来将空气输送穿过该设备的风扇/风扇单元13的形式。除尘器12根据US 6,203,600中的描述构造，从而除尘器12为圆柱形并且由高阻材料制成。US 6,203,600还描述了相关种类的除尘器如何连接至高电压源，并且因此其说明书被参考为关于下述的除尘器12如何至高电压源32的连接。

电过滤器还包括入口格栅15，其构造为使得其类似于粗粒机械过滤器(coarse mechanical filter)的作用，即空气中的大颗粒将捕获于入口格栅15中。入口格栅15由绝缘材料优选地由塑料制成，并且空气流能穿过其中。

具有轴向尺寸的单极电压电极21在空气流能穿过其中的入口格栅15的那一部分的中心以碳纤维刷的形式进行布置。相对于电晕电极21对称的圆形反电极/靶电极22以环的形式被布置于入口格栅15的周边的区域中，并与电晕电极21径向地间隔开。图1示意性地示出电晕电极21如何连接至高电压源23的第一负极，并且靶电极22连接至高电压源23的第二极，其中这个第二极电力接地。

由风扇13产生的空气流，在图1中用箭头P表示，因而穿过电过滤器的入口格栅15，经过风扇13并穿过除尘器12。

实验室的试验已经显示，甚至极小的电晕电流(小于1微安培)，也足以实现颗粒(悬浮微粒)的有效带电，即用于实现它们在下游除尘器12中的高度分离。这种布置结构的令人惊奇的地方是，在电晕电极21中产生的大部分电晕电流(呈离子云的形式)达到靶电极22，而不是如根据US 5,980,614的设备的那样迁移到设备就位于其中的室内或空间内。由于电晕电流的大小(微安培的若干分之一)相应于根据US 5,980,614的数值，这意味着其仍然很好地足以确保颗粒在设备入口区域附近带电，并且离子自由迁移入根据US 5,980,614的空间基本上不会对颗粒的带电产生明显的影响。

非常高的分离效果连同极低的电晕电流，显示了离子云从电晕电极21远离电过滤器入口区域的方向上(即在与空气流相反的方向上)的一定扩展，因此穿过入口至电过滤器的空气流中的颗粒具有足够的驻留时间来获得电荷。实验室试验已经显示，电晕电极21和靶电极22之间的离子云的扩展是从靶电极22限定的平面向外垂直地并且在与空气流方向P相反的方向上发生。离子云在空气流方向P的相反方向上的扩展最多到达的距离，是与电晕电极21和靶电极22之间的径向间隔相相应。离子云从电晕电极21的扩展也将易于通过选择靶电极22的电压来调节。

如果靶电极22连接至高电压源的电极(其与地电位相关的极性是与电晕电极的电压相反)，离子云从电晕电极21至靶电极22的扩展就得到减小。其原因在于，在如此给电极21和22通电并结合极低的电晕电流时，房间的表面将用作静电屏蔽电极或反射电极，即利用房间相对于靶电极22的电状态，防止在电晕电极21和靶电极22之间产生的离子云迁移至室内表面。因而，能调节离子云从电晕电极21的扩展，而且还能调节空气流穿过离子云的驻留时间。

对于较低或可忽略臭氧发生并且因此尤其低水平的电晕电流方面的渐增需求具有以下影响：电晕电极21和靶电极22之间的静电场不应受到设备的其他导电和通电部分的干扰，这可能会使自身部分带有电晕电流，并且因此增大臭氧产生。这些部分可包括除尘器12(尤其是如果其位于风扇13的上游并且因此最靠近电晕电极21)。风扇13的叶片、其马达或电机及其框架也是这样的部分，如果它们由导电材料制成的话。为了防止这种现象，图1中以示例的方式示出的风扇13的叶片和任何框架由塑料制成。

如果除尘器12位于电过滤器的入口孔口附近，可通过例如泡沫塑料型的电绝缘材料的表面等，来保护除尘器12免于接收到部分的电晕电流，所述表面可具有流过其中的空气。

在图1所示实施例中，靶电极22呈布置为靠近入口格栅15的线环的形式。当然也可使用靶电极的其他实施例，例如它们可在空气流方向上或在径向上具有一定的尺寸。然而，重要的是，靶电极22应当基本上围绕/包围着待净化的整个空气流，并且假设或给定电晕电极21的位置和通电，靶电极22处于基本上圆形且相对于电晕电极21对称的场(静电场)中。这意味着，从电晕电极21的位置径向地看，所产生的离子云将是类似的。

至于适合于施加非零电压的大直径靶电极22，实际上可将靶电极22分为彼此电绝缘且每个都经由分离的高阻值电阻连接至高电压源的多个部分。这将减小存储于靶电极22中的电容能量，并且因此也减小在可能的短路或触摸时出现的放电能量。为此，根据本发明的靶电极22有利地可由损耗材料或半导体材料制成，或者可设有损耗或半导体材料的覆层。

本发明不限于圆形除尘器。也可使用其他形状的除尘器，但是基本的是电晕电极21周围的静电场是圆形地对称的，这最易于用单极电晕电极21和圆形对称的靶电极22获得，并且在电晕电极21周围产生的离子云能自由地充满电过滤器的入口区域附近的空间。因而，根据本发明的、其特征在权利要求中说明的两级电过滤器具有电离电极/电晕电极21和靶电极22，这些部件可一起视为构成电离腔，而对于逆流方向没有任何物理限制。换言之，电过滤器的电离腔的物理尺寸比由圆形靶电极22和电晕电极21所限定的“盘状”电离腔大很多倍。

应当说明的是，电过滤器还在离子云的扩展在一定程度上不能到达靶电极22而是替代地到达电过滤器的其他导电和通电部分的情况下起作用。然而，这将以较高电晕电流为代价，即较大的臭氧排出而没有提高电过滤器的效率(即其颗粒分离效果)。

图1所示入口格栅15不是本发明的必要部分。单极电晕电极21可在空气流动管道的入口处基本上位于靶电极22的对称轴线上，并且在穿过管道的空气流动方向上看，跟随着例如除尘器12。必要的是电晕电极21轴向地定向，并且在与穿过管道的空气流相反的方向上指向，即朝着周围。如果省略了入口格栅15，则重要的是除尘器12相对于电晕电极21屏蔽，例如借助于电晕电极21和除尘器12之间的电绝缘表面。

实验室试验已经显示，正是靶电极22最靠近电晕电极21的那个部分接收着最多或大多的电晕电流。靶电极22的具体形状因此不那么重要，如果其不仅包括面朝电晕电极21的圆形对称部分、而且还包括进一步延伸远离电晕电极21的其他部分。

当然不是必须使用碳纤维刷21作为电晕电极。也可使用点形式或某种其他已知形式的单极短电晕。靶电极22上也可应用相反的极性，即正电晕和负电压。

从电压电极21朝着靶电极22观察，开口的电离腔和离子云朝着靶电极22的扩展形成了其中存在着静电带电危险的几乎半球形区域(驻留空间)。这不危险但是可能会感到不适。本发明使得有可能显著最小化这种危险。这种可能性令人惊奇地通过极低的电晕电流来提供或实现。这通过位于高电压源的电极(pole)和连接到电压电极21和/或靶电极22上的接头之间的极高电阻R来实现。在图1中，仅一个电阻R布置于高电压源H和电晕电极21之间。

实验室试验已经显示，在甚至仅是大约1Gohm的电阻R处能实现显著的效果，但是电阻值优选地大于2Gohm。电阻值越大，身体的任何部分例如手可保留于电晕电极21附近而没有静电带电危险的时间就越长。从舒适的角度来说，这是非常重要的，并且实际上电晕电流处仅可能呈现1微安培的几分之一。举例来说，可以说0.1微安培的电晕电流×10Gohm电阻产生仅1kV的压降；相比之下，如果它们之间的相互径向间隔为15cm，电晕电极21和靶电极22之间产生大约7-8kV的压降。换言之，在设计为此目的的高电压单元时，需要考虑的保护电阻(10Gohm)两侧的电压增大仅是保护电阻两侧的相应压降的大约10％。如果颗粒充分带电所需的电晕电流处于3微安培的量级，这也是非常小的，保护电阻R两侧的压降将表示为30kV，这相对于生产成本和其他电气操作参数而言将是不合理地大。

根据本发明的空气净化装置的图2所示替代实施例包括优选地圆柱形外壳111，其轴向用轴线C-C标识，这个轴线也构成外壳111的中心线。外壳111用作空气流动管道。外壳111容纳着根据US 6,203,600中的描述构造的除尘器112，从而除尘器112为圆柱形并且由高阻材料制成。单极电晕电极121集成于除尘器112中，呈刷的形式，并且定位于除尘器112的中心处。电晕电极121在与穿过空气净化装置的空气流动方向相反的方向上具有一定的尺寸，所述空气流动方向在图2中标识为P。

外壳111还容纳着呈装配于外壳111的进气孔口中的环形式的靶电极122。

在外壳111的轴向C-C上看，由电绝缘材料制成的入口栅格/粗粒机械过滤器115被布置于靶电极122和除尘器112之间。入口栅格/粗粒机械过滤器115具有圆柱形周边，以适应于除尘器112和靶电极122。

除尘器112、粗粒过滤器115和靶电极122的直径处于相同量级。在外壳111远离靶电极122的端部区域中，外壳111设有其功能将在下面解释的孔口130。

外壳111及其部件112、115、121、122预计是一次性使用的，即由外壳111及其部件112、115、121、122构成的单元在用户发现需要这么做的原因时替换，例如在任何部件被污染以至于清洁不再切合实际时。

根据替代实施例的空气净化装置还包括固定部分，其包括具有钩状接合元件132的基部元件131，钩状接合元件132适合于与孔口130配合，即钩状接合元件132和孔口130构成外壳111和基部元件131之间的可释放连接装置。中心线C-C还构成固定部分的中心线，并且还限定了固定部分的轴向。

固定部分包括凹陷于基部元件131中的风扇单元113，即风扇单元113在基部元件131中沿其轴向C-C埋置一定程度。风扇单元113包括风扇叶片133，其由构成风扇单元113一部分的防护笼134所包围。风扇单元113还包括电气部件135，其包括风扇的电源，以及在电晕电极121和靶电极之间产生电晕电流的高电压单元。当固定部分的基部元件131与外壳111组装时，高电压单元连接至电晕电极121和靶电极122。

至于各个部分的材料，请参考与上面关于这些部分的每个所述的内容。而且，至于进入空气的电离，图2中用箭头P表征，与上面关于电离电流所述的内容相关以及与在电离期间形成的离子云的扩展有关。

Claims (8)

1.一种用于净化室内空气/室外空气的空气净化装置，所述空气净化装置包括空气流动管道(11；111)，其在轴向(C-C)上具有一定尺寸以容纳进入该空气净化装置的空气流；布置于空气流动管道(11；111)中的输送空气风扇单元(13；113)；除尘器(12；112)，其连接至高电压源(23)并且具有用于供待净化空气的通流通道，所述除尘器(12；112)包括两个电极元件或两组电极元件，每个或每组电极元件连接至高电压源(23)的相应电极；以及布置为靠近空气流动管道(11；111)一端的单极电晕电极(21；121)，其特征在于：靶电极(22；122)被布置为与电晕电极(21；121)径向地间隔开，所述电晕电极(21；121)被布置为使得在该处产生的离子能从电晕电极(21；121)朝靶电极(22；122)自由地扩散，并且靶电极(22；122)包围着进入该空气净化装置的空气流。

2.根据权利要求1的空气净化装置，其特征在于：电晕电极(21；121)在空气流动管道(11；111)的一端的区域中居中地布置于空气流动管道(11；111)中，靶电极(22；122)被布置为靠近空气流动管道(11；111)的相同一端，并且靶电极(22；122)被布置为与电晕电极(21；121)径向地间隔开。

3.根据权利要求1或2的空气净化装置，其特征在于：靶电极(22；122)被布置为与电晕电极(21；121)恒定径向地间隔开。

4.根据上述任一权利要求的空气净化装置，其特征在于：入口格栅/粗粒过滤器(15；115)沿空气流动管道(11；111)的轴向被定位在除尘器(12；112)和靶电极(22；122)之间，且由电绝缘材料制成。

5.根据上述任一权利要求的空气净化装置，其特征在于：电晕电极(21；121)电连接至高电压源(23)的一个电极，并且靶电极(22；122)连接至高电压源(23)的另一个电极，并且电晕电极(21；121)相对于地电位的极性与靶电极(22；122)相对于地电位的极性相反。

6.根据上述任一权利要求的空气净化装置，其特征在于：电晕电极(21；121)或靶电极(22；122)任一或这两个电极(21，22；121，122)经由电阻大于1Gohm、优选地大于2Gohm的高阻值电阻(R)连接至高电压源(23)。

7.根据上述任一权利要求的空气净化装置，其特征在于：空气净化装置包括固定部分和可互换部分(111)，并且固定部分包括风扇单元(113)和高电压单元，并且可互换部分(111)包括除尘器(112)、电压电极(121)和靶电极(122)。

8.根据权利要求7的空气净化装置，其特征在于：固定部分包括基部元件(131)，并且基部元件(131)和可互换部分(111)包括配合的接合元件(130，132)。

Images