CN106999952B - 集尘器单元 - Google Patents

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Abstract

一种两级电过滤器的集尘器单元，待清洁带电颗粒的空气流动通过该单元。单元包括至少两个圆筒形集尘器(10、11)，每个集尘器均包括彼此间隔开一间隙的至少两个电极元件。每个集尘器(10、11)还连接至高压源。集尘器(10、11)的相应电极元件连接至高压源的不同极。集尘器(10、11)的主平面在气流方向上轴向隔开，锥形管道(21)在第一集尘器(10)的周界和第二集尘器(11)的中心开口(13)之间延伸。第一量的被污染空气流过第一集尘器(10)的区域、随后继续流过锥形管道(21)内侧并且通过第二集尘器(11)的中心开口(13)离开单元。第二量的被污染空气在第一集尘器(10)和锥形管道(21)两者的周界外侧流动，以便由第二集尘器(11)清洁。

Description

集尘器单元
技术领域
本发明涉及一种两级电过滤器的集尘器单元，待清除带电颗粒的空气旨在流动通过该集尘器单元，所述集尘器单元包括至少两个圆筒形的集尘器，每个集尘器均包括设置成彼此间隔开一间隙的至少两个电极元件，并且集尘器还旨在连接至高压源，集尘器的相应电极元件连接至高压源的不同极。
背景技术
近年来，对质量更好的室内空气的关注度已经很高，尤其是就风媒颗粒污染以及更好，即更有效的能源使用而言。这已经对空气清洁产品(例如，用于通风系统的过滤器、用于工业应用的过滤器和家用空气清洁器)产生了兴趣。
关于能被吸入的细小颗粒，特别是矿物燃料燃烧对人类影响的认知表明非常需要在这些颗粒到达室内环境之前通过通风过滤器捕获这些颗粒。出于实践和经济的原因，借助于现有机械过滤器实现该目标是不可能的，这是因为这种方案意味着压力下降大并且因而能量需求大。关于这一点，同样在处理纳米尺寸的颗粒时，需要具有高分离能力的过滤器，其中在过滤器中不存在显著的压力下降。这应当以相对高的气流速度实施。根据环境观点，期望的是简化检修。
通风过滤器中的常规空气速度相对非常高，并且相当于约2.6m/s。为了至少具有最优性能，满足上述需求的电过滤器的空气速度处于相同的范围内。
当这种电过滤器适于美国标准化的现有所谓HVAC系统(加热、通风和空气调节)时，它们应当收纳在610×610×305mm(宽×高×长)的体积内，并且以约2.5m/s的气流速度控制大于90％的分离能力。然而，在本发明的范围内，考虑到电过滤器的可用空间，其它尺寸也是可行的。
与这种电过滤器的设计有关的其它需求是集尘器单元的电极元件应当被清洁而非更换。这对于一次性的所谓纸板集尘器而言也有效。
在WO93/16807和WO95/14534中记载了具有电离部分的两级电过滤器，所述电过滤器的下游设有所谓的集尘器。上述申请的集尘器的电极元件由电阻率非常高、甚至电阻率相当于抗静电的非金属材料制成。与具有常规设计(即由金属材料制成)的集尘器相比，所述电极元件的分离能力具有本质上的改进。这些操作属性所基于的事实是与由低电阻率的材料设计而成的相应电极元件相比，由高电阻率的材料制成的电极元件可以连接至更高的相互电压，而不存在相邻电极元件之间发生短路的风险。
根据瑞典专利申请SE 0103684-7，推荐以特殊方式将半导体载流导线图样应用至相应的电极元件，所述电极元件由纸板制成并且覆有非常薄的塑料层。
根据上述应用，当设计集尘器时，与使用铝制电极元件的传统设计相比，有利的是使用高电阻率材料，例如纸。由高电阻材料制成的电极元件之间发生短路的风险原则上得以消除，并且因而与电过滤器的传统设计相比，电极元件之间的电压可以更高。由于分离效率非常取决于电极之间的电压设定，因此与具有由铝板制成的电极的对应传统集尘器相比，具有由高电阻率材料制成的电极元件的过滤器(例如纸过滤器)具有本质上改进的分离能力。只要集尘器未承受可能桥接电极之间的间隙的较大灰尘颗粒，则至少这些情况均存在。这种桥接与湿气结合的结果是集尘器的高电阻率电极元件之间的电压转移，因此分离能力受损。
在WO97/46322中记载了一种两级电过滤器，所述电过滤器具有电离部分，在通过装置的气流方向上，在所述电离部分的下游处设有所谓的集尘器。集尘器包括两个条状的电极元件，电极元件围绕中心线轴缠绕数圈，电极元件的相互间隙距离为“d”。这种集尘器构成了几乎圆筒形的主体。通过集尘器的气流沿着轴向方向，并且空气流动通过限定于相邻电极元件之间的开放间隙。上述集尘器优选包括根据WO03/013734的说明书而专门设计的纸。在实践中，对于集尘器的直径没有任何限制。另一方面，在实践中对于条状电极的宽度(即在通过集尘器的气流方向上看到的集尘器的长度)具有限制。
上述集尘器的缺点在于，当气流管道为方形或矩形(在大部分通风装置中是这种情况)时，这种圆形设计是不适当的。在这种情况下，集尘器需要控制与管道自身的气流速度相比增大25％的气流速度。这一方面将显著增大压力下降，因为压力下降取决于空气速度，并且另一方面降低了集尘器的分离能力，因为分离能力也取决于空气速度。
当使用约2.5m/s的空气速度(这种空气速度在通风装置中通常是全球标准)以及气流管道的现有标准尺寸时，对于电极元件的厚度以及集尘器的相邻电极元件之间的间隙距离具有较高要求，以便维持通过集尘器的气流通道(相邻电极元件之间的间隙)的气流速度尽可能地低。合理的是，电极元件的厚度应当小于0.7mm，间隙距离“d”小于3mm。优选地，间隙距离应当小于2mm，电极的厚度应当小于0.5mm。当然，在本发明的范围内，间隙距离和厚度的其它尺寸也可以是有效的。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种设计集尘器单元的方法，所述集尘器单元具有圆筒形的集尘器，集尘器优选具有由纸形成的电极元件，所述集尘器单元适于清洁位于气流动管道中、优选位于通风器具中以及位于所谓的HVAC系统中的空气。
至少本发明的主要目的通过已经具有如下特征的装置而得以实现，所述装置是两级电过滤器的集尘器单元，待清除带电颗粒的空气旨在流动通过所述集尘器单元，所述集尘器单元包括至少两个圆筒形的集尘器，每个集尘器均包括设置成彼此间隔开一间隙的至少两个电极元件，并且集尘器中的每个集尘器还旨在连接至高压源，所述集尘器包括第一集尘器和第二集尘器，集尘器的相应电极元件连接至高压源的不同极，其特征在于，集尘器限定了第一气流区域和第二气流区域，所述第一气流区域和第二气流区域设置成在气流方向上轴向间隔开，第三气流区域设置在第一集尘器的周界外侧，第二集尘器设置有限定第四气流区域的中心开口，并且锥形管道在第一集尘器的周界和第二集尘器的中心开口之间延伸。本发明还限定了一些优选实施例。
附图说明
下文将参考随附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装置的透视图，出于澄清的目的，装置的壳体为透明；
图2-3示出了作为根据本发明的装置的一部分的锥形管道的透视图；
图4-5示出了作为根据本发明的装置的一部分的第一集尘器的透视图；
图6-7示出了作为根据本发明的装置的一部分的第二集尘器的透视图；
图8-9示出了根据本发明的图1的装置的透视图；
图10示出了根据本发明的装置的部件的替代实施例；以及
图11示出了其中在通风管道中安装大量集尘器部件的实施例。
具体实施方式
如图1的切开截面中所示，根据本发明的装置包括筒，所述筒包括具有方形横截面的壳体41，筒适当地旨在安装于气流管道内。该装置还包括圆筒形的第一集尘器10和圆筒形的第二集尘器11，所述第一集尘器和第二集尘器位于具有方形横截面的壳体41中。集尘器之间的轴向距离在图1中标为A。基本上，集尘器10、11的主平面彼此平行。箭头L指代通过筒的气流方向。
如根据图1显而易见的是，锥形管道21在集尘器10、11之间延伸，锥形管道21和壳体41分别示出在图2和3中。如根据图2和3中显而易见的是，锥形管道21由圆形入口22(参见图2)、圆形出口23(参见图3)、以及在入口和出口之间延伸的包络面24限定。在所示的实施例中，圆形入口22接触壳体41的内侧表面。出口由轴环25所限定。
同样如根据图2和3显而易见的是，壳体41在旨在安装第一集尘器10的入口端处限定方形开口42，并且在旨在安装第二集尘器11的出口端处限定圆形开口43。圆形开口43接收在壳体41的壁44中，所述壁44横向于气流方向。在所示的实施例中，圆形开口43触碰壳体41的内侧表面。方形开口42代表可用于进入壳体41的空气的横截面区域，而圆形开口43是可用于离开壳体41的空气的横截面面区域。
在图4和5中分别示出了第一集尘器10，所述第一集尘器10具有中心部分12、以及从所述中心部分12发射出的两个条状电极元件，所述电极元件围绕中心部分12缠绕数圈，在电极元件之间具有相互间隙距离“d”。如果电极元件由纸板(cardboard)制成并且覆有薄塑料层，则电极元件优选在边缘上设置防潮层，参考WO2013/105885，所述文献记载了一种向电极元件施加防潮层的方法以及用于制备集尘器的防潮半成品。
在图4和5中未示出各个电极元件，但是在图4和5中用附图标记15指代由电极元件形成的主体。如根据图5显而易见的是，第一集尘器10还包括配置有辐条的第一构架16。这种集尘器10基本上限定了圆筒体。通过集尘器10的气流沿着轴向方向并且通过形成于相邻电极元件之间的开放间隙。两个电极元件优选由欧姆值非常高的材料制成，所述材料的电阻率相当于或高于抗静电。没有气流通过中心部分12。
当第一集尘器10以图1中所公开的方式安装在壳体41中时，气流开口将限定在壳体41的四个角部处。用于此的前提条件是第一集尘器10的周界接触壳体41的内侧表面。第一集尘器10以常规方式连接至高压源(未示出)，各个电极元件连接至高压源的不同极。
第一集尘器10紧密地装配至锥形管道21的圆形入口22，并且因而通过第一集尘器10的空气流动通过锥形管道21的入口22，并且经过锥形管道21的出口23。
在图6和7中分别示出了第二集尘器11，所述第二集尘器11具有由环形元件14限定的中心开口13。第二集尘器11具有从环形元件14发射出的两个条状电极元件。电极元件围绕环形元件14缠绕数圈，在各个电极元件之间具有间隙距离“d”。如果电极元件由纸板制成并且覆有薄塑料层，则电极元件优选在边缘上设置防潮层，参考WO2013/105885，所述文献记载了一种向电极元件施加防潮层的方法以及用于制备集尘器的防潮半成品。
在图6和7中未示出各个电极元件，但是在图6和图7中用附图标记17指代由电极元件形成的主体。如根据图7显而易见的是，第二集尘器11还包括配置有辐条的第二构架18。这种集尘器11基本上限定圆筒体。通过第二集尘器11的气流沿着轴向方向并且通过形成于相邻电极元件之间的开放间隙。两个电极元件均优选由欧姆值非常高的材料制成，所述材料的电阻率相当于或高于抗静电。
当第二集尘器11以图1中所公开的方式安装在壳体41内时，第二集尘器11的周界将接收在圆形开口43内，并且中心开口13的环形元件14螺纹连接在限定出口23的轴环25上。中心开口13的直径和出口23的直径相互适应，使得环形元件14紧密地装配至轴环25。第二集尘器11以常规方式连接至高压源(未示出)，各个电极元件连接至高压源的不同极。
在图8和9中示出了根据本发明的装置的两个透视图，即此时集尘器10和11以上述方式安装在壳体41内。
如上所述，根据本发明的装置以下列方式发挥功能。关于这一点，应当指出的是，如图1中所示，沿着箭头L的方向将空气供给至根据本发明的装置。由于空气已经通过了电离腔，在所述电离腔中颗粒已经以先前已知的方式带电，因此空气持有带电颗粒。这在图1中未示出。前提条件也是设置以使空气流动通过装置。
当空气沿着箭头L方向进入壳体41中时，一部分空气将通过第一集尘器10，而其余空气将通过壳体41的四个角部处的气流开口。由于分离了带电的颗粒，因此穿过第一集尘器10的空气将进行有效的净化。净化的空气随后流动通过锥形管道21，并且经由出口23离开。由于锥形管道21在朝向出口23的方向上变窄，因此通过第一集尘器10的空气的气流速度将存在一定的增加。然而，空气速度的这种增加发生在空气净化之后。
流动通过壳体41的角部处的开口的空气将流动通过第二集尘器11，因而经受有效的净化。
根据本发明的优选尺寸设定为第二集尘器11的外径相当于用作为空气管道的壳体41的内部尺寸，第二集尘器11的中心开口13相当于壳体41的横截面积(即圆形开口43所在之处的方形面积)的约25％。对于宽为610mm且高为610mm的管道(这是美国HVAC系统的标准尺寸)而言，中心开口13的直径为约350mm。关于第一集尘器10，其外径可以优选略小于由壳体41所限定的气流管道的宽度和高度。
集尘器10、11的长度(即在气流方向上的长度)的适当尺寸为约100mm。锥形管道21的长度(即气流方向上的长度)也可以为约100mm。由此，根据本发明的装置将适于现有的美国HVAC系统，在该系统中气流方向上的可用长度略大于300mm。当然，在本发明的范围内，其它尺寸也是可能的。
以2.5m/s的空气速度(这个空气速度在通风系统中基本上是标准的，并且因而对于HVAC系统也是标准的)、以及有关气流管道的现有标准尺寸，关于电极元件的厚度以及相邻电极元件之间的间隙距离存在较高要求，以便保持通过气流通道/集尘器间隙的气流速度尽可能地低。合理的是，电极元件的厚度应当小于0.7mm，相邻电极元件之间的间隙距离“d”应当小于3mm。优选地，间隙距离应当小于2mm，电极元件的厚度应当小于0.5mm。
当然，可行的是使用关于集尘器10、11以及锥形管道21的其它尺寸。然而，重要的是通过壳体41的气流实施为使得一部分空气通过第一集尘器10，而其余空气通过第二集尘器11。
根据本发明所推荐的装置设计，与壳体41在其入口端处的横截面积相比，两个集尘器10、11的总流动面积在实践中增加约25-30％。如果在方形气流管道中将使用仅仅一个圆筒形的集尘器，则可获得的气流面积将替代地减少25％，并且通过集尘器的空气速度将相应地增加。
可以使用关于集尘器10、11的其它尺寸。可能还有利的是，一个集尘器10或11替换为两个或更多个接续的集尘器。每组集尘器具有相同的外径。然而，同一组内的集尘器的电极元件可以具有不同的尺寸，并且其间隙尺寸也可以不同。同一组内的集尘器10、11可以具有从分开的高压源供给的独立电压供给、或者可以连接至共用的高压源。优选地，经由高欧姆值的电阻实现电压供给。
如图10中所示，如果气流管道的横截面尺寸存在需要的话，则还可以设置彼此横向相邻的两个或更多个筒。如果设置彼此横向相邻的多个筒，则可以省略筒之间的壁，参见图10，其示出了在壳体141内侧设置两个锥形管道21的替代设计。在这一点中，应当注意的是，在锥形管道21之间没有分隔部，而是壳体141仅具有外壁。为了获得根据本发明的筒，根据图10的壳体必须包括第一集尘器10和第二集尘器11。当然基本上也可行的是，以图10中所示的相应方式组装任意数量的集尘器单元。
在图11中示出了大量已组装的集尘器单元的横截面如何对应于现有通风管道的横截面。在这种情况下，原则上可以省略壳体41。第一集尘器10安装在框架250内，而第二集尘器11安装在横向于气流方向延伸的壁244内。
当然，绝不阻止根据本发明的装置用来清洁用于家用、办公和其它室内环境的循环空气清洁装置中的空气。
本发明的可行修改方案
在图1中上述的实施例中，沿着箭头L的方向供给空气。然而，绝不阻止流动通过集尘器单元的空气沿着相反方向。在这种情况下，颗粒的带电当然必须在集尘器单元的上游实施，即与上述实施例相比在集尘器的相反侧处实施。当空气沿着相反方向、即与空气方向L相反的方向通过时，空气首先流动通过出口23并且通过第二集尘器11。经由出口进入的空气随后将流动通过锥形管道21并且通过第一集尘器10。经由第二集尘器11进入的空气将通过位于壳体41的四个角部处的开口(即壳体41的内侧和第一集尘器10的周界之间的开口)而离开。
在上述实施例中，气流管道是方形的。在本发明的范围内，气流通道可以具有任何横截面形状。由于通过集尘器的气流速度，有利的是气流管道的横截面的尽可能多的部分由根据本发明的集尘器单元占据。然而，在这一点上，应当指出的是，必须有器件使得通过第一集尘器10周界外侧的空气被迫通过第二集尘器11。这些器件例如可以包括一些类型的横向于气流方向延伸的表面，所述表面配置有其中安装第二集尘器的开口43。例如，可以具有这样的表面，所述表面对应于壳体41中的后壁或者第二集尘器11的构架18，所述构架18具有的形状对应于气流管道的横截面。如图所示，构架18配置有合适的辐条和合适的开口，所述开口对应于用于流动通过锥形管道21的空气的开口。
并非必须使根据本发明的装置呈筒形。因而，可行的是集尘器10、11和锥形管道21直接以合适的方式、以相当于它们安装在筒壳体内的方式安装在气流管道中。然而，在这一点上，应当指出的是，在上段中描述的器件在这种情况下也是必须的，所述器件使得通过第一集尘器10周界外侧的空气被迫通过第二集尘器11。锥形管道21可以直接焊接至气流管道的内侧表面。锥形管道21的中心出口23恰好与第二集尘器11的中心开口13相对地定向。第一集尘器10以适当的方式安装，以便接收在锥形管道21的入口22内。在这种情况下，根据本发明的装置原则上将包括一个或多个第一集尘器10、以适当方式机械地组装的相应数量的锥形管道21、以及相应数量的第二集尘器11。
在根据本发明的装置的上述优选实施例中，圆形入口22接触壳体41的内侧表面。然而，在本发明的范围内，可行的是入口22具有更小的直径，并且因而通常第一集尘器10具有相应更小的直径。在这种情况下，连续的气流开口将限定在第一集尘器10的周界和壳体41的内侧表面之间。入口22直径的减小当然将影响锥形管道21的锥度。第二集尘器11优选通过使其中接收第二集尘器11的圆形开口43接触壳体41的内侧壁而具有最大的直径。
集尘器10、11的电极元件优选由欧姆值非常高的材料制成，所述材料的电阻率相当于或者高于抗静电。在本发明的范围内，可行的是，电极元件由电阻率低的材料(例如铝)制成。
在上述实施例中，锥形管道21的出口配置有轴环25。在本发明的范围内可行的是，省略轴环25并且出口23恰好与第二集尘器11的中心开口13相对地定位。
在上述实施例中，集尘器10、11配置有包括辐条的构架。在本发明的范围内可行的是，集尘器不具有辐条，而是以替代的方式组装，例如借助位于集尘器的至少一侧上的径向胶带或者借助径向梳形标尺。

Claims (10)

1.一种两级电过滤器的集尘器单元，待清除带电颗粒的空气旨在流动通过所述集尘器单元，所述集尘器单元包括至少第一集尘器(10)和第二集尘器(11)，所述第一集尘器和第二集尘器是圆筒形的并且每个集尘器均包括设置成彼此间隔开一间隙的至少两个电极元件，并且第一集尘器(10)和第二集尘器(11)中的每个集尘器还旨在连接至高压源，第一集尘器(10)和第二集尘器(11)的相应电极元件连接至高压源的不同极，其特征在于，第一集尘器(10)和第二集尘器(11)限定了第一气流区域和第二气流区域，所述第一气流区域和第二气流区域设置成在气流方向上轴向间隔开，第三气流区域设置在第一集尘器(10)的周界外侧，第二集尘器(11)设置有限定第四气流区域的中心开口(13)，并且锥形管道(21)在第一集尘器(10)的周界和第二集尘器(11)的中心开口(13)之间延伸。
2.根据权利要求1所述的集尘器单元，其特征在于，第一集尘器(10)和第二集尘器(11)的电极元件由欧姆值非常高的材料设计而成，所述材料的电阻率相当于防静电或更大。
3.根据权利要求1或2所述的集尘器单元，其特征在于，集尘器单元包括壳体(41)，第一集尘器(10)和第二集尘器(11)以及锥形管道(21)接收在所述壳体中。
4.根据权利要求3所述的集尘器单元，其特征在于，壳体(41)限定用于待清洁的空气的矩形入口(42)和圆形出口(43)。
5.根据权利要求1或2所述的集尘器单元，其特征在于，现有通风管道组成用于多个集尘器单元的壳体。
6.根据权利要求1或2所述的集尘器单元，其特征在于，与第二集尘器(11)相比，第一集尘器(10)具有更小的外径。
7.根据权利要求1或2所述的集尘器单元，其特征在于，集尘器单元包括沿着气流方向轴向间隔开地设置的多个第一集尘器(10)。
8.根据权利要求1或2所述的集尘器单元，其特征在于，集尘器单元包括沿着气流方向轴向间隔开地设置的多个第二集尘器(11)。
9.根据权利要求1或2所述的集尘器单元，其特征在于，集尘器单元包括彼此横向相邻地设置的多个第一集尘器(10)、彼此横向相邻地设置的对应数量的锥形管道(21)、彼此横向相邻地设置的对应数量的第二集尘器(11)、以及所述多个第一集尘器、对应数量的锥形管道和对应数量的第二集尘器共用的壳体(41)，所述壳体(41)仅具有外壁。
10.根据权利要求2所述的集尘器单元，其特征在于，第一集尘器和第二集尘器的电极元件由具有薄塑料涂层的纸板制成，并且每个电极元件的至少一个纵向边缘具有防潮层。
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