CN103920592A - 一种空气集尘设备及包含该空气集尘设备的空气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气集尘设备及空气净化装置，包括由板块围成的具有一个以上集尘通道的集尘板，与集尘板的外表面形成气隙的电极支架，设于电极支架上通过气隙与所述集尘板相对设置的导电材料层，以及电压提供装置；所述相邻的两个电极支架之间设有一个以上集尘板，所述电压提供装置分别向相邻的两个电极支架上的导电材料层施加高电位和低电位，以使集尘板吸附经过所述相邻的两个电极支架之间的集尘通道中的空气荷电颗粒物。本发明的集尘板由于气隙与导电材料层绝缘，不会与电路回路或大地导通，在电极断电的时候，集尘板的极化电场仍可以得到长时间保持；同时，相邻两电极的爬电距离得到增加，降低电极击穿的风险，水洗后电极可以快速干燥。

Description

一种空气集尘设备及包含该空气集尘设备的空气净化装置

技术领域

本发明涉及空气净化技术领域，尤其是一种空气集尘设备及包含该空气集尘设备的空气净化装置。

背景技术

现有的空气净化器已经实现静电除尘。如专利号ZL00806175.0，发明名称为空气净化设备的专利中使用塑料阵列通道、设置于阵列通道表面的导电材料、交错与导电材料连接的高低电位输出装置、以及提供风流的装置。通过该空气净化设备，可以有效地吸附了通过塑料阵列通道的荷电颗粒。

使用具有驻极体特性的塑胶材料作为空气集尘设备来收集空气中的带电颗粒物时，为了提高效率需要使用净化器自带的高低电位输出装置对塑胶材料进行极化，该高低电位装置之间也形成一个电场使得通过该电场的带电颗粒物在电场力的作用下发生偏转并被吸附.出于简单工艺上的考虑，通常使用直接接触在塑胶材料表面的导电材料装置作为极化电极。如图1所示，导电材料2和塑胶集尘组件3表面无气隙的情况，由于静电式空气净化器往往使用负离子发生器作为灰尘荷电源，使用中，大量携带负电荷的灰尘颗粒物1会经过塑胶集尘组件3表面，在采用导电材料2制作的电极与塑胶集尘组件3之间无气隙的连接方式中，塑料集尘组件3内的驻极体表面没有自由电荷的存在，在外部极化电场断开时，内部仅依靠偶极子偏转及空间电荷形成的极化电场来提供额外的电场力来吸附被荷电的颗粒物。由于该塑胶材料通常都具有驻极体特性，这种设计有如下的不足：

1、当外加电场停止供电时，驻极体内的电势能也会由于其内部的自由空间电荷通过该导电材料装置迁移回电路回路或大地，导致其内部极化电场强度降低进而减弱对颗粒物的吸附能力。

2、当驻极体材料表面处于高湿的环境中时，由于塑胶材料吸潮导致材料的介电强度也下降，尤其是如果此时塑胶材料表面有微孔的情况下，直接接触在塑胶材料表面的电极在高电压的作用下会更容易引起电极击穿。

3、使用直接接触在塑胶材料表面的导电材料作为电极制作的空气集尘设备，当电极暴露在空气中被用户触碰到时，储存在驻极体中的大量空间电荷(space charge)可以通过电极对用户造成电击危害，由于驻极体内部的空间电荷可以长时间存在，此危害也长时间存在。

4、使用直接接触在塑胶材料表面的导电材料作为电极制作的空气集尘设备，当水洗后未完全干燥，或处于高湿度环境中(RH95％)，或结露的情况下，塑胶壁由于材料的吸湿造成体电阻大幅下降，容易引起电极间打火。同时导致驻极体中的空间电荷和偶极子电荷急剧消失，空气集尘设备性能下降，同时由于为了避免发生击穿，高电压不能施加，此时滤网基本无法使用。所以水洗后需要长时间干燥。经过实验，使用无气隙的电极设计制作的空气集尘设备水洗后放置在净化器中以2米每秒的风速进行通风干燥，在25摄氏度RH40％相对湿度情况下，需要超过12小时以上才可以正常施加极化高压；在25摄氏度RH70％相对湿度情况下，需要超过20小时以上才可以正常施加极化高压。

在一个实施例中，初始极化电压均为9kv的情况下，塑胶材料组成的空气集尘设备在断开外接极化电源后的电压保持能力随湿度和时间的变化情况如下。

不同湿度下空气集尘设备两端极化电压保持时间对比

时间(分钟)	RH30％	RH60％	RH90％
				0	9kv	9kv	9kv
5	9kv	7kv	1kv
				10	9kv	5kv	0.6kv
60	8kv	3kv	0kv

发明内容

本发明的目的，就是克服现有技术的不足，充分利用材料的驻极体特性来加强集尘板中的电场强度,提供一种外加电场停止供电时，集尘板吸附能力也不会大幅度减弱的空气集尘设备。

为了达到上述目的，采用如下技术方案：

一种空气集尘设备，其特征在于：包括由板块围成的具有一个以上供空气通过的集尘通道的集尘板，与集尘板的外表面形成气隙的电极支架，设于电极支架上通过气隙与所述集尘板相对设置的导电材料层，以及电连接至所述导电材料层的电压提供装置；所述集尘板至少在所述导电材料层的整个宽度上延伸，所述相邻的两个电极支架之间设有一个以上集尘板，所述电压提供装置分别向相邻的两个电极支架上的导电材料层施加高电位和低电位，以使集尘板吸附经过所述相邻的两个电极支架之间的集尘通道中的空气荷电颗粒物。

进一步地，所述集尘板至少在所述导电材料层的整个宽度上延伸。

进一步地，所述电极支架和集尘板的数量包括一个以上，所述相邻的两个电极支架之间设有一个集尘板，所述集尘板和电极支架依次层叠排列。

进一步地，还包括一驱动空气从集尘通道内通过的空气驱动装置。

进一步地，所述板块内含有驻极体材料。

进一步地，所述板块含有PP、PE、PET、PVC、ABS、PC或PTFE。

进一步地，所述板块的材料为纸或合成纤维材料。

进一步地，所述板块由半导体材料制成。

进一步地，所述导电材料层为金属薄片。

进一步地，所述电极支架包括两支架脚和一支架板，所述支架板两端分别连接至支架脚中部，所述两支架脚与集尘板接触，所述导电材料层紧贴所述支架板的上下表面。

进一步地，所述两支架脚为绝缘支架脚。

进一步地，所述导电材料层与集尘板之间的气隙宽度大于0.01mm。

进一步地，所述导电材料层为非金属高阻抗导电材料层，其薄膜电阻率介于每平方10⁶至10⁹欧姆之间。

进一步地，所述集尘板内沿气流方向设有若干个突起物。

一种空气净化装置，包含上述的空气集尘设备，所述空气净化装置包括空调、新风系统或空气净化器。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、与电路回路相连接的导电材料层制成的电极不会和集尘板表面直接接触，在电极通电时通过空气介质仍然可以对其相邻的集尘板进行空间极化，而在电极断电的时候，集尘板的表面电荷，空间电荷由于气隙中的空气介质绝缘，不会与电路回路或大地导通，因此由集尘板被极化后产生的极化电场可以得到长时间保持。

2、当集尘板为塑胶材料时，其表面处于高湿的环境下，虽然材料的介电强度下降，但是由于气隙中空气介质的存在，两个异性电极之间的爬电距离得到增加，进而降低电极击穿的风险。

3、导电材料层和集尘板之间存在气隙的，气隙中会出现复杂的放电现象，放电中形成的离子在极化电场的推斥下，沉积到集尘板的表面，形成同号的空间电荷进一步增强驻极体的电荷保持。

4、停止供电后，由于各层集尘板和电极之间有绝缘空气，用户接触电极的两端受到的电击程度会大幅下降，此时释放的仅仅是导电材料电极上所形成的电容部分保留的少量电荷。而且这部分电荷在正常温湿度条件下随着时间的推移会很快释放掉。

5、在高湿度环境中，即使有结露，由于导电材料层电极和集尘板之间无直接接触，导电材料层电极可以继续提供高电压对集尘板进行极化，同时也可继续利用电极形成的平板电容收尘原理来收集通过集尘板表面的气流中的荷电颗粒物。

6、对集尘板水洗后，由于气隙的存在以及导电材料制作的电极和塑胶集尘板对水的浸润能力不同，电极和塑胶集尘板之间的水膜可以快速分离消失，此时电极之间施加高压电的时机不需再考虑由于塑胶材料吸湿后体电阻下降的因素。实测在25摄氏度RH70％相对湿度情况下，空气集尘设备水洗后放置在净化器中以2米每秒的风速进行通风干燥，需要等2个小时左右即可供电使用。本发明做到了水洗后短时间内即可装机使用，大幅提高了静电集尘组件在水洗后净化器的有效净化时间。

附图说明

图1是现有空气集尘设备的结构示意图；

图2是本发明空气集尘设备的结构示意图；

图3是实施例一所述空气集尘设备的工作原理图；

图4是多个集尘板和电极支架层叠排列的结构原理图；

图5是第四实施例的空气集尘设备的结构示意图；

图6是第四实施例的突起物在板块上的投影示意图。

图示：1—负离子颗粒；2—导电材料层；3—集尘板；31—板块；32—突起物；4—气隙；5—电极支架；51—支架脚；52—支架板；6—电压提供装置。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方法来详细说明本发明，在本发明的示意性实施及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例一

如图2和图3所示，本实施例的空气集尘设备包括由板块围成的具有一个以上供空气通过的集尘通道的集尘板3、设置于所述集尘板表面的电极支架5、设于所述电极支架5上与所述集尘板3之间形成气隙4的导电材料层2、以及电连接所述导电材料层的电压提供装置6组成。

图3中气流从集尘通道的左侧流向右侧，其中未画出电极支架。图中下方的导电材料层连接至直流高压电源的正高压输出端，上方的导电材料层连接至直流高压电源的负高压输出端。在下方的导电材料层相和上方的导电材料层的作用下，形成了由下至上的极化电场。在极化电场的作用下，气隙内产生复杂的放电过程，放电中形成的离子在极化电场的推斥下，沉积到集尘板的表面。上集尘板的下表面形成了负离子堆积，下集尘板的上表面形成了感应正电荷，同号的空间电荷进一步增强集尘板的电荷保持。当直流高压电源停止工作时，集尘板的表面电荷，空间电荷由于气隙中的空气介质绝缘，不会与直流高压电源回路或大地导通，因此由集尘板被极化后产生的极化电场可以得到长时间保持。

如图4所示，电极支架5和集尘板3的数量为一个以上，且电极支架5和集尘板3依次层叠排列，形成层叠结构。一种实施例，集尘通道至少在导电材料层2的整个宽度上延伸，也就是说集尘通道的通道长度要大于导电材料层的宽度。集尘通道的宽度大于导电材料层的宽度，即集尘板的宽度大于导电材料层的宽度，在多层结构中，导电材料层被集尘板覆盖，也不会突出到集尘板边缘，即时人触碰到也不会被电到。另一种实施例，电极支架足够宽，宽度比集尘板宽度还宽，导电材料层的宽度比电极支架的宽度小但接近集尘板的宽度也可以实现集尘板吸附空气荷电颗粒物的目的。

电压提供装置，即直流高压电源交错向多个导电材料层施加高电位和低电位。假设从上到下，第一个电极支架的导电材料层施加正电位，第二个电极支架的导电材料层施加低电位，第三个电极支架的导电材料施加正电位。则从上到下的第一个集尘通道的电场的方向为从上至下，第二个集尘通道的电场方向为从下至上。在第一集尘通道的上集尘板上堆积了正离子，下集尘板表面感应出负电荷；在第二集尘通道的上集尘板上感应出负电荷，下集尘板表面感应出正电荷。由于直流高压电源交错向多个导电材料层施加高电位和低电位，相邻两个导电材料层的极性相反，相邻的集尘通道均形成平行电场，在电场力的作用下可以有效地吸附负离子颗粒。当直流高压电源停止工作时，集尘板的表面电荷、空间电荷以及偶极子电荷由于气隙中的空气介质绝缘的存在，不会与直流高压电源回路或大地导通，由此集尘板被极化后产生的极化电场可以得到长时间保持。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，还包括一驱动空气从集尘通道内通过的空气驱动装置。通过空气驱动装置可以是设置在集尘通道一端的吹风的风扇，也可以是吸风的风扇。通过风扇的作用，可以将空气快速有效地向集尘通道推进，从而起到加速净化空气中的带电颗粒的目的。

实施例三

本实施例在实施例一或二的基础上改进。如图3所示，本实施例的每个电极支架5包括两个支架脚51和一个支架板52。支架板52为长板状结构，其面积要大于导电材料层2的表面积，其两端分别连接至支架脚51中部，整个电极支架5形成沿支架板平面对称的结构。由于电极支架设于两个集尘通道之间，其支架脚分别与相邻的集尘板接触，导电材料层紧贴在支架板52的两个平面。在支架板52的两平面的导电材料层2可以是导通状态，也可以是绝缘状态。当支架板52的材料为金属材料，两导电材料层直接导通，但两支架脚需要是绝缘支架脚才能确保导电材料层不与集尘板接通。只要支架脚不与导电材料层接触，导电材料层始终都能与集尘板形成空间极化结构。导电材料层与集尘板之间的气隙宽度大于0.01mm。优选地，所述导电材料层与集尘板之间的气隙宽度大于0.2mm工艺容易实现，更容易实现空间极化。导电材料层为非金属高阻抗导电材料层时，其薄膜电阻率介于每平方106至109欧姆之间。

本实施例的集尘板由板块组成，板块的材料决定了集尘板的材料。本实施例的集尘板可以由半导体材料制成的半导体集尘板，还可以是含有PP材料的聚丙烯(PP)集尘板、含有PE材料的聚乙烯(PE)集尘板、含有PET材料的聚对苯二甲酸类(PET)集尘板、含有PVC材料的聚氯乙烯(PVC)集尘板、含有ABS材料的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)集尘板、含有PC材料的聚碳酸酯(PC)集尘板或含有PTFE材料的聚四氟乙烯(PTFE)板，甚至板块的材料为纸或合成纤维材料。本实施例优选为塑胶集尘板。当集尘板为塑胶材料时，其表面处于高湿的环境下，由于导电材料层电极和集尘板之间无直接接触，导电材料层电极可以继续提供高电压对集尘板进行极化，同时也可继续利用电极形成的平板电容收尘原理来收集通过集尘板表面的气流中的荷电颗粒物。虽然在高湿度的环境下，材料的介电强度下降，但是由于气隙中空气介质的存在，两个异性电极装置之间的爬电距离得到增加，进而降低电极击穿的风险。

本实施例的集尘板有利于水洗，在水洗后，由于气隙的存在以及由导电材料层制作为的电极和塑胶集尘板对水的浸润能力不同，电极和塑胶集尘板之间的水膜可以快速消失，此时电极之间施加高压电的时机不需再考虑由于塑胶材料吸湿后体电阻下降的因素。实测在25摄氏度RH70％相对湿度情况下，空气集尘设备水洗后放置在净化器中以2米每秒的风速进行通风干燥，需要等2个小时左右即可供电使用。本发明做到了水洗后短时间内即可装机使用，大幅提高了静电集尘组件在水洗后净化器的有效净化时间。

实施例四

本实施例在实施例一或实施例二或实施例三的基础上改进。

本实施例的集尘板为中空板或阳光板结构。即本实施例的集尘通道包括两种形状，一个是只有一个通孔的形状，另一个是有多个依次排列的通孔。当集尘通道为多个通孔时，通孔沿气流方向的排列可以是直线，也可以是曲线。优选为直线。

由于利用静电除尘原理吸附空气中的颗粒物时，硅酸盐等比电阻较高的颗粒物难以被极化或荷电，从而不容易被捕获。其集尘通道内设置交错分布的突起物形成突起阵列造成的流体分层和压差也可以有效地降低此类颗粒物的通过率。如图5所示，设置多个突起物32对气流进行干扰以产生局部湍流增强颗粒物在集尘板3之间碰撞并被捕获的几率。如图6所示，突起物32设置在板块31上，其为条状结构，其在集尘板平面的投影为具有凹口的条状结构，形成锐角、直角或钝角的凹口结构。其中，凹口方向向左，与气流方向垂直或形成小于180度的角度，气流可以流经所述突起物的凹口。突起物的凹陷部位对经过气流形成附面层滞留区以提高对流经该区域的气流中的荷电颗粒物的吸附几率。优选地，突起物在集尘板平面的投影轮廓线包含为锐角、直角、钝角、半圆、圆弧或波浪形。

实施例五

本实施例为实施例一、实施例二、实施例三、实施例四的任意实施例的结合。这种结合能从上述4个实施例中明确地、毫无疑义地获得，在此不一一列举不同实施例的结合实施例。

实施例六

本实施例包括实施例一至五任一实施例所述的空气集尘设备的空气净化器、或包括实施例一至五任一实施例所述的空气集尘设备的空调、或包括实施例一至五任一实施例所述的空气集尘设备的新风系统。凡是应用本发明所示的空气集尘设备的空气净化器、车载或家用空调、新风系统都属于本发明的保护对象。本实施例所述的空气净化装置包括但不限于空调、空气净化器或新风系统。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (15)

1.一种空气集尘设备，其特征在于：包括由板块围成的具有一个以上供空气通过的集尘通道的集尘板，与集尘板的外表面形成气隙的电极支架，设于电极支架上通过气隙与所述集尘板相对设置的导电材料层，以及电连接至所述导电材料层的电压提供装置；所述相邻的两个电极支架之间设有一个以上集尘板，所述电压提供装置分别向相邻的两个电极支架上的导电材料层施加高电位和低电位，以使集尘板吸附经过所述相邻的两个电极支架之间的集尘通道中的空气荷电颗粒物。

2.根据权利要求1所述的空气集尘设备，其特征在于：所述集尘板至少在所述导电材料层的整个宽度上延伸。

3.根据权利要求1所述的空气集尘设备，其特征在于：所述电极支架和集尘板的数量包括一个以上，所述相邻的两个电极支架之间设有一个集尘板，所述集尘板和电极支架依次层叠排列。

4.根据权利要求1所述的空气集尘设备，其特征在于：还包括一驱动空气从集尘通道内通过的空气驱动装置。

5.根据权利要求1所述的空气集尘设备，其特征在于：所述板块内含有驻极体材料。

6.根据权利要求1所述的空气集尘设备，其特征在于：所述板块含有PP、PE、PET、PVC、ABS、PC或PTFE。

7.根据权利要求1所述的空气集尘设备，其特征在于：所述板块的材料为纸或合成纤维材料。

8.根据权利要求1所述的空气集尘设备，其特征在于:所述板块由半导体材料制成。

9.根据权利要求1所述的空气集尘设备，其特征在于：所述导电材料层为金属薄片。

10.根据权利要求1所述的空气集尘设备，其特征在于：所述电极支架包括两支架脚和一支架板，所述支架板两端分别连接至支架脚中部，所述两支架脚与集尘板接触，所述导电材料层紧贴所述支架板的上下表面。

11.根据权利要求10所述的空气集尘设备，其特征在于：所述两支架脚为绝缘支架脚。

12.根据权利要求1所述的空气集尘设备，其特征在于：所述导电材料层与集尘板之间的气隙宽度大于0.01mm。

13.根据权利要求1所述的空气集尘设备，其特征在于：所述导电材料层为非金属高阻抗导电材料层，其薄膜电阻率介于每平方10⁶至10⁹欧姆之间。

14.根据权利要求1或5所述的空气集尘设备，其特征在于：所述集尘板内沿气流方向设有若干个突起物。

15.一种空气净化装置，其特征在于：包含权利要求1-14任一权利要求所述的空气集尘设备，所述空气净化装置包括空调、新风系统或空气净化器。