CN102186594B - 采用后纤维充电的电加强空气过滤系统 - Google Patents

采用后纤维充电的电加强空气过滤系统 Download PDF

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Abstract

公开了一种采用后纤维充电的电加强空气过滤系统。具体地，根据气流方向，纤维性过滤器可放置在系统内的上游位置，一个或多个电离阵列位于纤维性过滤器的下游或后部。纤维性过滤器可包括接地侧和纤维侧，其中接地侧位于纤维侧上游。电离阵列可包括多个电极，每个电极朝纤维性过滤器单向延伸。

Description

采用后纤维充电的电加强空气过滤系统
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.119(e)要求2008年10月20日申请的美国临时专利申请61/106,938号的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开总体上涉及电加强空气过滤系统，并且具体涉及采用后纤维充电的电加强空气过滤系统。
背景技术
空气过滤用在多种环境中以去除污染物试图净化空气。尽管已有几种空气过滤技术，例如机械过滤器、摩擦静电过滤器和电过滤器，然而主动电加强空气过滤系统因其高效已变得日益受到欢迎。
尽管存在许多采用电晕预充电器进行电加强过滤的出版物和专利，在这种过滤器内作用的各种静电收集机构的相对重要性上却较少公布信息。在图1中示出现有技术电加强纤维性过滤系统的一个概念图。电加强纤维性过滤系统包括上游金属网、该网下游的预充电单元和预充电器下游的过滤器，空气通过该网进入过滤器。预充电单元可如所示设有双向电晕放电。当不带电的颗粒进入过滤系统时，颗粒被预充电器单元和过滤器之间的空间区域中生成的电场充电。因为过滤器被主动极化从而将带电颗粒吸引到具有与该颗粒相反电荷的纤维部分，从而过滤器被电加强。
通常，颗粒和纤维的相互作用主要根据三种静电引力来解释：a)由外部电场在过滤器纤维和/或颗粒内感应的偶极子引起的极化力；b)由带电颗粒在不带电纤维上的电荷感应引起的镜像力；c)由带电颗粒以及极化或带电纤维引起的库仑力。静电相互作用主要根据纤维介质和颗粒电荷上的电场强度的粗略参数来讨论。发射单极离子以使过滤器纤维带电并提高收集效率的想法仍未被成功地应用。源自电晕放电电极并在过滤器纤维上累积的单极离子纤维电荷在纤维周围产生非均匀电场，该非均匀电场在带电纤维与带相反电荷的颗粒和中性颗粒之间产生引力。在中性颗粒的情况下，引力是由颗粒内的偶极子的感应所导致。
考虑到以上方面，对于电加强空气过滤设备继续寻求改进。
发明内容
根据本公开的一个方面，公开了一种颗粒收集机构，用于过滤从上游方向移动到下游方向的气流，所述颗粒收集机构包括：具有接地侧和纤维侧的纤维性过滤器，所述纤维性过滤器的取向使得所述接地侧被指引朝向所述上游方向，所述纤维侧被指引朝向所述下游方向；以及位于所述纤维性过滤器下游的第一电离阵列，所述电离阵列具有被指引朝向所述纤维性过滤器的多个电极。
根据本公开的另一个方面，公开了一种颗粒收集机构，用于过滤从上游方向移动到下游方向的气流，所述颗粒收集机构包括：具有接地侧和纤维侧的纤维性过滤器，所述纤维性过滤器的取向使得所述接地侧被指引朝向所述上游方向，所述纤维侧被指引朝向所述下游方向；位于所述纤维性过滤器下游的第一电离阵列，所述第一电离阵列具有被指引朝向所述纤维性过滤器的多个电极；位于所述第一电离阵列下游的第一接地网；位于所述第一接地网下游的第二电离阵列，所述第二电离阵列具有被指引朝向所述第一接地网的多个电极；位于所述纤维性过滤器上游的第三电离阵列，所述第三电离阵列具有多个电极；以及位于所述第三电离阵列上游的第二接地网，所述第三电离阵列上的所述多个电极被指引朝向所述第二接地网。
根据本公开的又一个方面，公开了一种空气过滤系统，其包括：一种颗粒收集机构，用于过滤从上游方向移动到下游方向的气流；以及空气推动器，构造成使空气在上游到下游的方向上流动穿过所述颗粒收集机构。所述颗粒收集机构可包括：具有接地侧和纤维侧的纤维性过滤器，所述纤维性过滤器的取向使得所述接地侧被指引朝向所述上游方向，所述纤维侧被指引朝向所述下游方向；以及位于所述纤维性过滤器下游的第一电离阵列，所述电离阵列具有被指引朝向所述纤维性过滤器的多个电极；以及空气推动器，构造成使空气在上游到下游的方向上流动穿过所述颗粒收集机构。
当联系附图阅读时，其它优点和特征将从以下详细说明中变得明显。
附图说明
为了更完整地理解所公开的方法和系统，将参照在附图中更详细示出的实施例，附图中：
图1是现有技术的电加强空气过滤系统的示意图；
图2是根据本公开教导而构建的颗粒收集机构的第一实施例的示意图；
图3是根据本公开教导而构建的颗粒收集机构的第二实施例的示意图；
图4是根据本公开教导而构建的颗粒收集机构的第三实施例的示意图；
图5是根据本公开教导而构建的颗粒收集机构的第四实施例的示意图；
图6是根据本公开的包括颗粒收集机构的空气过滤系统的示意图；以及
图7是根据本公开的包括颗粒收集机构的空气过滤系统的另一实施例的示意图。
应理解这些附图未必是按比例的，所公开的实施例有时是示意性表示，并且是部分地示出。在一定情况中，省略了对于理解所公开的方法和系统不必要的，或者使得其它细节难以察觉的细节。当然应理解，本公开不限于本文所示的具体实施例。
具体实施方式
现参照附图，尤其参照图2，通常用附图标记100表示根据本公开教导而构建的颗粒收集机构。颗粒收集机构100可用于将颗粒从移动空气流或气流102中过滤出来。如本文所使用的，应理解气流102从上游方向移动到下游方向。参照本公开的附图，这等同于从左到右的气流，但这应理解为只是示例。
颗粒收集机构100可包括具有接地侧106和纤维侧108的纤维性过滤器104。接地侧106可通过在其上设置金属网等并将其合适地连接到地而接地，而纤维侧可包括由过滤器介质的独立纤维形成的多个褶等。颗粒收集机构100可进一步包括位于纤维性过滤器104下游的第一电离阵列110。第一电离阵列110可设置为单向纤维充电器，其中多个电极112全部在同一方向上延伸。在所示实施例中，这导致电极112（及其发出的电晕放电）全都朝纤维性过滤器104的纤维侧108延伸。如本文所使用的，“电极”可构造成表示足够尖的突起，从而因所述电离阵列的相对电势而产生电晕放电。
第一电离阵列108可用正极性或负极性偏压。电源114可用于为第一电离阵列110连续供能。在一个实施例中，第一电离阵列110可由范围在±12kV到±24kV之间的电离电压供能，但也可为在电晕起始与打火花之间的任何其它高压。在另一实施例中，电压可不是DC，而是一频率或间隔的脉冲，使得电荷保持在过滤器纤维上。第一电离阵列108在纤维性过滤器104上的纤维侧108内对纤维充电。纤维侧108处存在的单极离子对纤维充电并在每个纤维周围生成强的、不均匀梯度力。这在中性或带电颗粒与过滤器纤维之间生成静电引力。因此，运行时，气流102移动通过纤维性过滤器104，在气流内的颗粒被吸到过滤器104的极化纤维时，这些颗粒被去除。
在图3所示第二实施例中，提供了颗粒收集机构200，相对第一实施例，颗粒收集机构200可进一步包括第二电离阵列216以中和未被捕获的颗粒，如以下详细说明。第二电离阵列216可设置在第一电离阵列210下游。第一接地网218也可位于第一电离阵列210与第二电离阵列216之间。第二电离阵列216可设置为单向中和器，其中多个电极220都被指引朝向第一接地网218。第一电离阵列210也可具有从其单向延伸的多个电极212，并可设置在纤维性过滤器204下游，如第一实施例那样。类似地，纤维性过滤器204可以与第一实施例类似的方式包括设置在纤维侧208上游的接地侧206。
运行时，第二电离阵列216可以用与第一电离阵列210相反的极性偏压，从而中和未被纤维性过滤器204收集并在气流202内穿过第一电离阵列210向下游移动的带电颗粒。更具体地，如果任何带电颗粒未被纤维性过滤器204收集，则当它们遇到第二电离阵列216的相反带电的电极220的电晕放电时，它们的电荷会被抵消或中和。电源214也可用于对第二电离阵列216持续供能。第二电离阵列216可如第一实施例那样由范围在±12kV到±24kV之间的电离电压供能，但类似地，也可为其它高压范围。被指引通过第二电离阵列216的电流可保持为第一电离阵列210的大小的一半或它的其它分数，以改善性能。
在本公开的第三实施例中，提供将纤维和颗粒相反充电的颗粒收集机构300。如图4所示，纤维性过滤器304的取向使得接地侧306在纤维侧308的上游。颗粒收集机构300还可包括位于纤维性过滤器304下游的第一电离阵列310。第一电离阵列310可设置为单向纤维充电器，其中多个电极312都朝纤维性过滤器304的纤维侧308指向上游。另外，颗粒收集机构300可包括第二电离阵列316和第一接地网318。第一接地网318可位于第一电离阵列310的下游。第二电离阵列316可位于第一接地网318的下游。第二电离阵列316可设置为单向中和器，其中多个电极320以与第二实施例类似的方式都朝第一接地网318指向上游。颗粒收集机构300还可包括位于纤维性过滤器304上游的第二接地网322和第三电离阵列324。第三电离阵列324可设置为具有多个电极326的单向预充电器，多个电极326都朝第二接地网322指向上游。第二接地网322可位于第三电离阵列324的上游。第二电离阵列316和第三电离阵列324可用与第一电离阵列310的极性相反的极性偏压。另外，第一电离阵列310可用正极性或负极性偏压。
为了对阵列充电，可用电源314以与之前所述实施例相似的方式分别对第一、第二和第三电离阵列310、316和324连续供能。第一、第二和第三电离阵列310、316和324可用例如范围在±12kV到±24kV之间的电离电压供能。运行时，第一电离阵列310可用于对纤维性过滤器304上的纤维侧308充电。第三电离阵列324可用于用与纤维侧308相反的电荷对最初进入颗粒收集机构300的入射颗粒充电。这样，增加了颗粒与纤维之间吸引的可能性，并且提高了过滤效率。与第二实施例一样，第二电离阵列316可用于中和逸出的颗粒并防止带电颗粒逸出颗粒收集机构300进入周围环境。
在图5所示第四实施例中，可省略中和器。更具体地，第四实施例的颗粒收集机构400可包括纤维性过滤器404，纤维性过滤器404具有纤维侧408上游的接地侧406。在纤维性过滤器404下游，第一电离阵列410可设置有由电源414供能并被指引朝向纤维侧408的多个电极412。如图5所示，在本实施例中，第一电离阵列410的更下游不设置第二电离阵列或中和器。但是，在该第四实施例中，第三电离阵列424设置在纤维性过滤器404上游，第二接地网422设置在第三电离阵列424上游。因此可在本实施例中看到，不提供中和器，但提供预充电器和后电离阵列。
前述颗粒收集机构的任意一个可用作如图6和图7所示的总体空气过滤系统500的一部分。例如，空气过滤系统500可设置成商用或住宅HVAC系统的形式或作为其一部分，HAVC系统包括但不限于空调器、暖气炉、锅炉、增湿器或除湿器等。在这种空气过滤系统500中，除了上述颗粒收集机构100、200、300或400之一以外，还可提供空气推动器528、电源530、控制系统532所有这些。图6示出具有颗粒收集机构100的空气过滤系统500。图7示出具有颗粒收集机构300的空气过滤系统500。也可类似地提供采用颗粒收集机构200或400的空气过滤系统500。可设置成电风扇等形式的空气推动器528使气流502在上游到下游的方向上移动通过颗粒收集机构100、200、300、400。电源530向空气推动器528提供电力。当作为控制系统532一部分的开关物理致动时，或者当作为闭环控制系统一部分的传感器将感测参数与控制系统532内的存储值比较而跳闸（tripping）时，控制系统532通过对空气推动器528供能来控制空气推动器528和电源530的运行。
工业实用性
根据以上所述，可看出本公开阐述了电加强空气过滤系统的多个实施例，以及用于这种系统的颗粒收集机构，其采用后纤维充电来改善过滤性能。这种系统可设置成总体HVAC系统的形式或作为其一部分，HAVC系统包括但不限于空调器、暖气炉、空气处理器、锅炉、增湿器或除湿器等。通过将过滤介质放置于系统上游，在单向电离阵列之前和接地网之后，过滤器的纤维被从后面极化。这样，进入系统的气流中的任何中性或相反带电的颗粒会被吸引和收集。而且，将过滤器放置在系统中的上游允许大部分颗粒被收集在与电加强系统的其它部件相对的纤维性过滤器中，从而有利于只更换过滤器而不需要实质性地清洁或更换其它部件。另外，通过将后纤维浸浴在电荷中，该系统还被提供关于气流的杀菌作用。在替代性实施例的情况下，在到达过滤器之前可对气流提供预充电以提高引力，以及中和未被过滤器收集并企图逸出系统的任何带电颗粒。
尽管只阐释了某些实施例，对于本领域技术人员来说替代方案和改型可从以上说明中变得明显。这些和其它替代方案被视为等同物并在本公开及所附权利要求的精神和范围内。

Claims (18)

1.一种颗粒收集机构，用于过滤从上游方向移动到下游方向的气流，其特征在于，所述颗粒收集机构包括：
具有接地侧和纤维侧的纤维性过滤器，所述纤维性过滤器的取向使得所述接地侧被指引朝向所述上游方向并且所述纤维侧被指引朝向所述下游方向；
位于所述纤维性过滤器下游的第一电离阵列，所述电离阵列具有多个电极，允许单极离子被指引朝向所述纤维性过滤器；
位于所述第一电离阵列下游的第一接地网；以及
位于所述第一接地网下游的第二电离阵列，所述第二电离阵列具有被指引朝向所述第一接地网的多个电极，并且具有与所述第一电离阵列相反的极性。
2.如权利要求1所述的颗粒收集机构，其中，所述第一电离阵列是单向的。
3.如权利要求1所述的颗粒收集机构，其中，所述第一电离阵列是负性极化的。
4.如权利要求1所述的颗粒收集机构，其中，所述第一电离阵列是正性极化的。
5.如权利要求1所述的颗粒收集机构，还包括连接到所述电离阵列的电源。
6.如权利要求1所述的颗粒收集机构，还包括所述纤维性过滤器上游的第三电离阵列和所述第三电离阵列上游的第二接地网。
7.一种颗粒收集机构，用于过滤从上游方向移动到下游方向的气流，其特征在于，所述颗粒收集机构包括：
具有接地侧和纤维侧的纤维性过滤器，所述纤维性过滤器的取向使得所述接地侧被指引朝向所述上游方向并且所述纤维侧被指引朝向所述下游方向；
位于所述纤维性过滤器下游的第一电离阵列，所述第一电离阵列具有被指引朝向所述纤维性过滤器的多个电极；
位于所述第一电离阵列下游的第一接地网；
位于所述第一接地网下游的第二电离阵列，所述第二电离阵列具有被指引朝向所述第一接地网的多个电极，并且具有与所述第一电离阵列相反的极性；
位于所述纤维性过滤器上游的第三电离阵列，所述第三电离阵列具有多个电极；以及
位于所述第三电离阵列上游的第二接地网，所述第三电离阵列上的所述多个电极被指引朝向所述第二接地网。
8.如权利要求7所述的颗粒收集机构，其中，所述第二和第三电离阵列是负性极化的，并且所述第一电离阵列是正性极化的。
9.如权利要求7所述的颗粒收集机构，其中，所述第二和第三电离阵列是正性极化的，并且所述第一电离阵列是负性极化的。
10.如权利要求7所述的颗粒收集机构，其中，所述第一、第二和第三电离阵列是单向的。
11.如权利要求7所述的颗粒收集机构，还包括连接到所述第一、第二和第三电离阵列的电源。
12.一种空气过滤系统，包括：
颗粒收集机构，用于过滤从上游方向移动到下游方向的气流，其特征在于，所述颗粒收集机构包括：
具有接地侧和纤维侧的纤维性过滤器，所述纤维性过滤器的取向使得所述接地侧被指引朝向所述上游方向并且所述纤维侧被指引朝向所述下游方向；以及
位于所述纤维性过滤器下游的第一电离阵列，所述电离阵列具有被指引朝向所述纤维性过滤器的多个电极；
空气推动器，构造成使空气在上游到下游的方向上流动穿过所述颗粒收集机构；
位于所述第一电离阵列下游的第一接地网；以及
位于所述第一接地网下游的第二电离阵列，所述第二电离阵列具有被指引朝向所述第一接地网的多个电极，并且具有与所述第一电离阵列相反的极性。
13.如权利要求12所述的空气过滤系统，还包括连接到所述第一电离阵列的电源。
14.如权利要求12所述的空气过滤系统，其中，所述第一电离阵列是负性极化的。
15.如权利要求12所述的空气过滤系统，其中，所述第一电离阵列是正性极化的。
16.如权利要求12所述的空气过滤系统，其中，所述第一电离阵列是单向的。
17.如权利要求12所述的空气过滤系统，还包括所述纤维性过滤器上游的第三电离阵列，以及所述第三电离阵列上游的第二接地网。
18.如权利要求12所述的空气过滤系统，还包括：
位于所述纤维性过滤器上游的第三电离阵列，所述第三电离阵列具有与所述第二电离阵列相同的极性；以及
位于所述第三电离阵列上游的第二接地网。
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