CN107812612A - 微通道结构颗粒物集尘器、集尘方法及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微通道结构颗粒物集尘器、集尘方法及其制作方法，该集尘器的主体为具有阵列分布的孔洞，该孔洞的上内壁或者下内壁设置有导电材料制作的导电部，孔洞相对导电部的另一侧的外表面设置有导电膜；将所有孔洞的导电部电性连接构成第一电极；导电膜作为第二电极；本方法采用静电凝并方式捕集通过孔洞的颗粒物，气流流过孔洞时，第一电极使空气中的颗粒物荷电，发生凝并在库仑力、磁场力的作用下，吸附在孔洞内壁，完成对颗粒物的捕集。相对于现有技术而言本发明在孔洞构成的微通道内部直接设置导电部，高压电源的一个电极直接连接导电部，在微通道内部形成分明的电场区域，增强了内部非对称电场的强度，强化静电凝并效率和捕集效率，基本消除了法拉第笼现象。

Description

微通道结构颗粒物集尘器、集尘方法及其制作方法

技术领域：

本发明涉及空气净化产品技术领域，特指一种微通道结构颗粒物集尘器、集尘方法及其制作方法，该集尘器可用于净化空气中的颗粒物粉尘，应用于家用空气净化器、中央空调、真空吸尘器、工业环境净化设备中。

背景技术：

目前关于静电集尘方式的集尘器(Eletrostatic Precipitator，静电除尘器)采用的是电晕-收集方式为代表的静电集尘方式，以其风阻低、可再生使用的特点，同样也得到了广泛的应用。但是ESP存在许多难以克服的缺点，例如：电晕放电会产生臭氧，电极间的轻微打火放电声，单次过滤效率较低等。

针对静电集尘式净化器的不足，中国专利申请号为：00806175.0的发明专利申请公开说明书(现有技术一)，其公开了一种“空气净化设备”，该空气净化设备就是采用静电集尘式净化设备。其采用的技术方案是：一种用于除去气流中携带的颗粒沉积设备包括气流可相对较自由地通过的孔洞的阵列，孔洞是在塑料壁之间提供的；用于迫使气流通过阵列的装置，所述塑料壁具有与其接触的导电材料区域；以及用于交错地向绝缘的导电材料区域施加高和低电位以提供在阵列中的充电场所，从而从气流收集颗粒的装置。

上述专利方案中提出了一系列结构和组合方式，其中在“塑料双壁波型板材的两面敷设电极，进行交错叠加”的方式是重要的实施例，但是仍有许多问题未予以解决，这些问题包括：

1、使用对称且内壁光滑的通道结构，在使用过程中，由于表面积尘产生的电阻变化，极易导致法拉第笼现象，表现为内部电位差下降，失去对颗粒物的库仑力偏转与捕集作用，进而导致积尘能力下降甚至失效。

2、使用简单的高阻材料制成的通道结构，电极附加于通道外部，当收集高阻抗粉尘时，粉尘所带电荷与高阻抗孔壁容易产生反极化现象，进而降低内部电位差，导致颗粒物的捕集效率快速下降。

针对上述问题，经过不断的研究、实验，本申请人于2011年12月29向国家知识产权局提出了一种改进的技术方案。见中国专利号为：201110453643.8的发明专利说明书(现有技术二)该发明专利采用的技术方案为：该集尘过滤器的主体由多层孔板叠加构成，其中孔板一体成型有供气体通过的阵列孔洞，孔板是微发泡的，可添加驻极增强材料、负离子发射材料和磁性材料的塑料材料，于每层孔板的上下表面设置有施加高压电场的密闭导电膜，其中的一层或数层孔板中可安装有离子发射装置，在叠加结构的侧面，封装有向高低电位电极供电的高压电源，叠加结构和高压电源被整体封装于保护结构外框中，外部使用低压直流或市电供电。本过滤器经在线极化驻极技术处理后，形成实用的产品。本发明采用上述技术方案后，将构成一种可消除极间打火和使用电击隐患的、易于清洗、可长寿命循环使用、低风阻、高效率的颗粒物过滤器，

上述现有技术一、现有技术二中都采用了阵列孔洞的结构，并且每层孔板之间的电位排列方式均采用：“……高—低-高—低……”的方式进行分布，并且施加每层阵列通道外的高电压均是通过附着在每层孔板上下表面的导电膜实现的。

对于现有技术一而言，其集尘的原理见图1所示，其采用技术等同于表面涂装了高阻电介质材料的平行电极，中间加装了支撑片。其最大的缺点就是：高电阻介质表面收集一定量的带电颗粒后，极容易出现反极化现象，导致积尘效率迅速下降。当空气湿度较大、颗粒物电阻值较第低时，积尘后内表面电阻下降，形成等电位(法拉第笼)现象，导致积尘效率迅速下降或丧失。清洗后表面残留的轻微水垢即可导致法拉第笼现象发生，进而导致失效。

对于现有技术二而言，其是针对现有技术一所作出的改进，其集尘的原理见图2所示，其依据静电场放电原理设计了非对称翅片结构通道，采取了静电凝并捕集与磁场辅助的积尘方式(电场、磁场、静电凝并)，同时强化了驻极体性能，提升了容尘量，虽然在一定程度上消除了反极化和法拉第笼现象，并延长了清洁维护周期，但是仍然无法彻底克服这一现象。

针对以上现有技术所存在的不足，本发明人再次经过研发和实验，提出了以下技术方案。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题就在于克服现有技术的的不足，提供一种可提高捕集效果，强化静电凝并效率，基本消除法拉第笼现象和反极化现象的微通道结构颗粒物集尘器、集尘方法及其制作方法。

为解决上述技术问题，本发明的微通道结构颗粒物集尘器采用了如下的技术方案：该集尘器的主体由多层采用高阻抗驻极体材料制作的孔板叠加构成，每层孔板一体成型有供气体通过的阵列孔洞，所述的孔洞采用左右内壁对称、上下内壁非对称结构，即所述的孔洞中至少在上内壁或者下内壁设置有翅片；每层孔板中孔洞的上内壁或者下内壁设置有低阻抗的导电部，且所有导电部电性连接构成第一电极；于每层孔板相对导电部的另一侧的外表面设置有导电膜，该导电膜构成第二电极；所述的第一电极和第二电极接入位于集尘器主体外部、用于施加高压电场的高压电源的正负电极。

进一步而言，上述技术方案中，所述集尘器的主体中的多层孔板叠加方式为：孔板采用同极相连的方式，即两相邻孔板中相互邻近的一侧设置的电极相同。

进一步而言，上述技术方案中，若所述的翅片设置在邻近第一电极一侧的内壁，则该翅片与导电部一体成型；若所述的翅片设置在邻近第二电极一侧的内壁，则该翅片与孔洞一体成型。

进一步而言，上述技术方案中，所述的孔洞在上内壁和下内壁均设置有翅片，且所有翅片与孔洞一体成型。

进一步而言，上述技术方案中，第一电极中各孔板中的导电部之间通过导电丝网连接。

进一步而言，上述技术方案中，所述孔板采用具有驻极性能的材料注塑成型，孔板采用的材料为：高阻抗材料与驻极体材料的混合物；所述的导电部采用的材料为：低阻抗材料与导电材料的混合物；所述的导电膜由石墨、炭黑、稀土永磁材料粉末、粘接剂组成，通过丝网印刷的方式附着在孔板外表面。

进一步而言，上述技术方案中，所述的孔板与导电部采用双料共挤的制作成型。

进一步而言，上述技术方案中，所述的孔洞在上内壁和下内壁均设置有翅片，且所有翅片与孔洞一体成型；其中所述的导电部采用微孔导入的方式设置于上内壁或者下内壁中。

本发明的微通道结构颗粒物集尘器方法采用了如下的技术方案：该方法中集尘器的主体为具有阵列分布的孔洞，该孔洞的上内壁或者下内壁设置有导电材料制作的导电部，孔洞相对导电部的另一侧的外表面设置有导电膜；将所有孔洞的导电部电性连接构成第一电极；导电膜作为第二电极；本方法采用静电凝并方式捕集通过孔洞的颗粒物，即通过向第一电极和第二电极施加高电压并使气流流过孔洞时，第一电极使空气中的颗粒物荷电，发生凝并在库仑力、磁场力的作用下，吸附在孔洞内壁，完成对颗粒物的捕集。

本发明的微通道结构颗粒物集尘器制作方法采用了如下的技术方案：该制作方法包括以下步骤：首先，制作孔板，所述孔板采用具有驻极性能的材料注塑成型，孔板采用的材料为：高阻抗材料与驻极体材料的混合物；所述的导电部采用的材料为：低阻抗材料与导电材料的混合物；将具制作孔板的驻极性能的材料与制作导电部的材料通过注塑设备，采用双料共挤的方式，由双料合成成型模具共挤成型；通过双料共挤成型后孔板具有供气体通过的阵列孔洞，所述的孔洞中至少在上内壁或者下内壁设置有翅片，且导电部成型在孔洞的上内壁或者下内壁；其次，由双料合成成型模具中出来的孔板经过电晕、磁化处理后，经过切割装置切割成对应的长度；然后，将上述制作的孔板进行叠加，同时在叠加之前，需要在相应的孔板表面采用印刷的方式设置导电膜，叠加时，孔板采用同极相连的方式，即两相邻孔板中相互邻近的一侧设置的电极相同，第一电极中各孔板中的导电部之间通过导电丝网连接；最后，将所有导电部电性连接作为第一电极、将所有导电膜连接作为第二电极接入用于施加高压电场的高压电源的正负电极。

本发明采用上述技术方案后，其相对于现有技术而言，在孔洞构成的微通道内部直接设置导电部，高电压的一个电极将直接连接于该导电部上，这样就在微通道内部形成分明的电场区域，增强了内部非对称电场的强度(电势差)，进一步强化了静电凝并效率和捕集效率，基本消除了法拉第笼现象，抑制表面极化现象的发生。本发明相对现有技术而言，其微通道结构可以使用比现有技术采用更低的电压工作，进一步提升了安全性。

附图说明：

图1是现有技术一的集尘的原理示意图；

图2是现有技术二的集尘的原理示意图；

图3是本发明实施例一中单层孔板的结构示意图；

图4是本发明实施例一中多层叠加孔板的结构示意图；

图5是本发明实施例一中孔板导电区域的结构示意图；

图6是本发明实施例一中导电膜的结构示意图；

图7是本发明实施例二中单层孔板的结构示意图；

图8是本发明实施例二中多层叠加孔板的结构示意图；

图9是本发明实施例三的集尘原理示意图；

图10是本发明实施例四的集尘原理示意图；

图11是本发明实施例五的集尘原理示意图；

图12是本发明实施例六的集尘原理示意图；

图13是本发明实施例七的集尘原理示意图；

图14是本发明实施例八的集尘原理示意图；

图15是本发明中采用双料共挤制作设备的示意图。

具体实施方式：

实施例一

见附图3、4所示，这是本发明微通道结构颗粒物集尘器的实施例一。本实施例一中具有一个集尘器的主体1。该主体1由多层采用高阻抗驻极体材料制作的孔板10叠加构成，每层孔板10一体成型有供气体通过的阵列孔洞110，所述的孔洞110采用左右内壁对称、上下内壁非对称结构。

每层孔板10中孔洞110的上内壁或者下内壁设置有低阻抗的导电部2，且所有导电部2电性连接构成第一电极；于每层孔板10相对导电部2的另一侧的外表面设置有导电膜3，该导电膜3构成第二电极；所述的第一电极和第二电极接入位于集尘器主体1外部、用于施加高压电场的高压电源5的正负电极。本实施例中，第一电极(即导电部2)接入高压电源5的低电位一端，第二电极(即导电膜3)接入高压电源5的高电位一端。

结合图4所示，集尘器的主体1中的多层孔板10叠加方式为：孔板10采用同极相连的方式，即两相邻孔板10中相互邻近的一侧设置的电极相同。以图4所示为例，其加载在每层孔板10上的电压排列方式为：低—高高-低低-高高-低。这种排列方式也是区别现有技术的一个重要技术特征，现有技术采用在两层孔板之间设置导电膜作为电极，所以现有技术中加载在每层孔板上的电压排列方式为交叉排列，即为“低—高-低-高-低”的方式。

参见图3所示，本发明所述的“孔洞110采用左右内壁对称、上下内壁非对称结构”，具体到本实施例一中采用的结构为：所述的孔洞110上内壁设置有一个翅片4，下内壁设置有两个翅片4，并且上下翅片4的分布方式为非对称排列。

其中，所述的导电膜3位于孔板10上表面。对应的，位于孔板10孔洞110中上内壁设置的翅片4与孔洞110一体成型，即在制作孔板10时，一体成型上内壁的一个翅片4。

其中，所述的孔洞110下内壁上的两个翅片4与导电部2一体成型，即该下内壁上的翅片4是采用导电部2成型。在加工孔板10时，作为导电部2的下内壁上的两个翅片4是与孔板10采用双料共挤的方式一体成型的。具体制作方法如下：

所述孔板10采用具有驻极性能的材料注塑成型，孔板10采用的材料为：高阻抗材料与驻极体材料的混合物。例如：高阻抗材料采用PP，所添加驻极材料可以为：FEP(氟化乙烯丙烯共聚物、全氟乙烯丙烯共聚物，英文商品名：Teflon*FEP(Fluorinated ethylenepropylene)、FEP(四氟乙烯和六氟丙烯共聚物)、PFA(少量全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物(Polytetrafluoro thylene)、ETFE(ethylene-tetrafluoro-ethylene乙烯四氟乙烯)等。

所述的导电部2采用的材料为：低阻抗材料与导电材料的混合物。其中低阻抗材料可采用PP、PE，添加导电材料可以为：金属氧化物(例如氧化锡、氧化铟等)、纳米碳管、石墨、高分子有机导电物等材料。最终导电部2的电阻值在10E4～10E9Ω。

所述的导电膜3由石墨、炭黑、稀土永磁材料粉末、粘接剂组成，通过丝网印刷的方式附着在孔板10外表面。在制作导电膜3时，两相邻孔板10之间使用设置一层导电膜3即可。即一层导电膜3供相邻两孔板10作为第二电极共用。

参见图15所示，所述的孔板10与导电部2采用双料共挤的制作成型，该制作设备6包括：驻极材料注塑设备61、导电材料注塑设备62、双料合成成型模具63、第一电晕装置64、冷却成型装置65、反电晕装置66、牵引辊67、第二电晕装置68、磁化装置69以及切割装置60。其中驻极材料通过驻极材料注塑设备61、导电部的混合材料通过导电材料注塑设备62同时注入到双料合成成型模具63中，最终形成一体形成所述带导电部2的孔板10。由双料合成成型模具63中出来的孔板10依次经过第一电晕装置64、冷却成型装置65、反电晕装置66、牵引辊67、第二电晕装置68、磁化装置69后，完成电晕和磁化，最后经过切割装置60切割成对应的长度。

然后将上述制作的孔板10按照上述的“低—高高-低低-高高-低”的结构进行叠加，同时在叠加之前，需要在相应的孔板10表面采用印刷的方式设置导电膜3，同时，第一电极中各孔板10中的导电部2之间通过导电丝网7连接。结合图5、图6所示，导电膜3采用印刷电极引出的方式。导电部2进行表面整体连接，然后通过覆盖在整个孔板10侧面的导电丝网7，将所有导电部2电性连接。

最后将若干的孔板10叠加后形成的集尘器的主体1，并且在主体1通风面使用热熔方式进行层间粘结，令两相邻孔板10的边缘形成封闭边缘。具体可采用的方式包括使用：火焰、表面超声、摩擦、热丝切割等方式，热熔融合的优选方式之一是热丝切割。热熔融合有益之处在于，可以获得牢固、美观的融合面，克服了PP材料难以粘结的问题。另外，在两相邻孔板10之间采用热熔胶、粘合剂粘接。这样一来导电膜3就被完全封闭在两孔板10之间，可彻底防止外部水的侵入，实现本发明的便于冲洗的功能。

再次结合图3所示，本实施例一工作时，孔洞110中下内壁上设置的翅片4作为导电部2直接连接供电高压电源5，这样令下内壁上设置的翅片4更强的荷电能力，保持了更高的微通道内电位差。相对于现有技术中，采用上下导电膜形成高压电场的工作原理，本发明这种直接将其中一个电极伸入孔洞110内，不仅增强了孔洞110内部非对称电场的强度(电势差)，并且进一步强化了静电凝并效率和捕集效率，基本消除了法拉第笼现象，抑制表面极化现象的发生。另外，采用这种结构，令阵列孔洞110构成的微通道可以使用比现有技术采用更低的电压工作，进一步提升了安全性。

本发明中，所述的孔洞110采用左右内壁对称、上下内壁非对称结构，除了上述本实施例一中采用的结构外，还可采用以下结构，

见图7、图8所示，这是本发明的实施例二，其中本实施例二中采用的方案与实施例一正好相反，本实施例二中，所述的孔洞110上内壁设置有两个翅片4，下内壁设置有一个翅片4，并且下内壁上的翅片4与导电部2一体成型，即该下内壁上的翅片4是采用导电部2成型的。本实施例二其他结构与工作原理与实施例一相同，这里不再一一赘述。

见图9所示，这是本发明的实施例三，本实施例三的孔洞110同样采用上下内壁非对称结构，与实施例一、二不同的是，本实施例三中，所述的孔洞110上内壁没有设置翅片，下内壁设置有一个翅片4，并且下内壁上的翅片4与导电部2一体成型。本实施例三的孔洞110这种非对称结构同样可以实现本发明所要解决的技术问题。

见图10所示，这是本发明的实施例四，本实施例四与实施例三采用的方案相反，其孔洞110上内壁设置与孔板10一体成型的翅片4，下内壁没有设置翅片4，但是下内壁上同样采用双料共挤的方式设置有导电部2。

见图11所示，这是本发明的实施例五，本实施例五中，其孔洞110上内壁设置与孔板10一体成型的一个翅片4，下内壁设置与孔板10一体成型的两个翅片4。同时，在下内壁上采用微孔导入方式注入有导电部2。本实施例五的结构与现有技术二中采用的结构类似，所不同的是，本实施例五在下内壁上采用微孔导入的方式设置有导电部2，同样实现直接将其中一个电极伸入孔洞110内，以增强了孔洞110内部非对称电场的强度。相对现有技术二采用的技术方案，其同样强化了静电凝并效率和捕集效率，并且可进一步消除了法拉第笼现象。

见图12所示，这是本发明的实施例六，本实施例六是在上述实施例一、二的基础上进一步的改进。其孔洞110上内壁设置一个翅片41，下内壁设置两个翅片42。其中，上、下内壁设置的翅片41采用导电部2的导电材料，从而实现孔洞110内上下两个电极同时伸入孔洞110内，进一步增强了孔洞110内部非对称电场的强度。本实施例六中需要采用三料共挤的方式成型，在工艺上相对其他实施例难度更大，但效果更好。

见图13所示，这是本发明的实施例七，本实施例七与上述实施例不同的是，本实施例七中所述的孔洞110采用左右内壁对称、上下内壁对称结构。即在孔洞110的上下内壁均没有成型翅片。但是在下内壁仍然设置有作为导电部2的导电材料。

见图14所示，这是本发明的实施例八，本实施例八与上述实施例七类似，所不同的是，本实施例八中，孔洞110的下内壁采用的是微孔导入的方式设置有作为导电部2的导电材料。

综上所述，本发明采用静电凝并方式捕集通过孔洞的颗粒物，即通过向第一电极和第二电极施加高电压并使气流流过孔洞时，第一电极使空气中的颗粒物荷电，发生凝并在库仑力、磁场力的作用下，吸附在孔洞110内壁，完成对颗粒物的捕集。

当然，以上所述仅仅为本发明的实施例而已，并非来限制本发明范围，凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (10)

1.微通道结构颗粒物集尘器，该集尘器的主体(1)由多层采用高阻抗驻极体材料制作的孔板(10)叠加构成，每层孔板(10)一体成型有供气体通过的阵列孔洞(110)，其特征在于：所述的孔洞(110)采用左右内壁对称、上下内壁非对称结构，即，所述的孔洞(110)中至少在上内壁或者下内壁设置有翅片(4)；

每层孔板(10)中孔洞(110)的上内壁或者下内壁设置有低阻抗的导电部(2)，且所有导电部(2)电性连接构成第一电极；

于每层孔板(10)相对导电部(2)的另一侧的外表面设置有导电膜(3)，该导电膜(3)构成第二电极；

所述的第一电极和第二电极接入位于集尘器主体(1)外部、用于施加高压电场的高压电源(5)的正负电极。

2.根据权利要求1所述的微通道结构颗粒物集尘器，其特征在于：所述集尘器的主体(1)中的多层孔板(10)叠加方式为：孔板(10)采用同极相连的方式，即两相邻孔板(10)中相互邻近的一侧设置的电极相同。

3.根据权利要求1所述的微通道结构颗粒物集尘器，其特征在于：当所述的翅片(4)设置在邻近第一电极一侧的内壁，则该翅片(4)与导电部(2)一体成型；当所述的翅片(4)设置在邻近第二电极一侧的内壁，则该翅片(4)与孔洞(110)一体成型。

4.根据权利要求1所述的微通道结构颗粒物集尘器，其特征在于：所述的孔洞(110)在上内壁和下内壁均设置有翅片(4)，且所有翅片(4)与孔洞(110)一体成型。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的微通道结构颗粒物集尘器，其特征在于：第一电极中各孔板(10)中的导电部(2)之间通过导电丝网(7)连接。

6.根据权利要求1所述的微通道结构颗粒物集尘器，其特征在于：所述孔板(10)采用具有驻极性能的材料注塑成型，孔板(10)采用的材料为：高阻抗材料与驻极体材料的混合物；

所述的导电部(2)采用的材料为：低阻抗材料与导电材料的混合物；

所述的导电膜(3)由石墨、炭黑、稀土永磁材料粉末、粘接剂组成，通过丝网印刷的方式附着在孔板(10)外表面。

7.根据权利要求6所述的微通道结构颗粒物集尘器，其特征在于：所述的孔板(10)与导电部(2)采用双料共挤的制作成型。

8.根据权利要求6所述的微通道结构颗粒物集尘器，其特征在于：所述的孔洞(110)在上内壁和下内壁均设置有翅片(4)，且所有翅片(4)与孔洞(110)一体成型；其中所述的导电部(2)采用微孔导入的方式设置于上内壁或者下内壁中。

9.微通道结构颗粒物集尘器的集尘方法，其特征在于：该方法中集尘器的主体(1)为具有阵列分布的孔洞(110)，该孔洞(110)的上内壁或者下内壁设置有导电材料制作的导电部(2)，孔洞(110)相对导电部(2)的另一侧的外表面设置有导电膜(3)；

将所有孔洞(110)的导电部(2)电性连接构成第一电极；导电膜(3)作为第二电极；

本方法采用静电凝并方式捕集通过孔洞的颗粒物，即通过向第一电极和第二电极施加高电压并使气流流过孔洞时，第一电极使空气中的颗粒物荷电，发生凝并在库仑力、磁场力的作用下，吸附在孔洞(110)内壁，完成对颗粒物的捕集。

10.微通道结构颗粒物集尘器的制作方法，其特征在于：该制作方法包括以下步骤：

首先，制作孔板(10)，所述孔板(10)采用具有驻极性能的材料注塑成型，孔板(10)采用的材料为：高阻抗材料与驻极体材料的混合物；所述的导电部(2)采用的材料为：低阻抗材料与导电材料的混合物；将具制作孔板(10)的驻极性能的材料与制作导电部(2)的材料通过注塑设备，采用双料共挤的方式，由双料合成成型模具(63)共挤成型；通过双料共挤成型后孔板(10)具有供气体通过的阵列孔洞(110)，所述的孔洞(110)中至少在上内壁或者下内壁设置有翅片(4)，且导电部(2)成型在孔洞(110)的上内壁或者下内壁；

其次，由双料合成成型模具(63)中出来的孔板(10)经过电晕、磁化处理后，经过切割装置(60)切割成对应的长度；

然后，将上述制作的孔板(10)进行叠加，同时在叠加之前，需要在相应的孔板(10)表面采用印刷的方式设置导电膜(3)，叠加时，孔板(10)采用同极相连的方式，即两相邻孔板(10)中相互邻近的一侧设置的电极相同，第一电极中各孔板(10)中的导电部(2)之间通过导电丝网(7)连接；

最后，将所有导电部(2)电性连接作为第一电极、将所有导电膜(3)连接作为第二电极接入用于施加高压电场的高压电源(5)的正负电极。