CN108602010B - 空气净化装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于从气流中去除悬浮微粒的空气净化装置，该装置包括：微粒充电器，其包括壳体和在所述壳体中的电极组件，所述电极组件用于在气流中产生空气离子，所述微粒充电器具有微粒充电区域，在所述微粒充电区域中，在使用时，气流中的悬浮微粒经由与所述空气离子的碰撞而带电；过滤器，其用于从移动通过所述装置的气流中沉淀带电悬浮微粒；和空气推进器，其包括外壳且用于使得气流移动通过所述装置；其中，微粒充电器和空气推进器设置在过滤器的上游；和其中，所述微粒充电器的壳体沿空气流过所述装置的方向气密地密封到空气推进器的外壳，使得微粒充电器与空气推进器紧密联接在一起，由此进入所述装置的所有空气必须经过微粒充电器和空气推进器。

Description

空气净化装置和方法
技术领域
本发明涉及空气净化装置和空气净化方法。本发明更具体但不一定排他性地涉及用于空气净化和过滤的静电除尘装置和静电空气净化设备以及用于从气流中去除悬浮微粒并消除充电旁路的空气净化方法。
背景技术
空气净化和其他空气过滤装置和设备用于从空气中去除不需要的悬浮微粒。通常，使用过滤器组件来实现空气过滤，所述过滤器组件被配置成在空气经过过滤器时从空气中俘获悬浮微粒。
通过在空气经过过滤器或其微粒收集器部件(以下统称简称为“过滤器”)之前，静电除尘空气净化装置和设备将电荷转移到空气中的悬浮微粒中进行操作。可以将电场施加到过滤器，使得所述带电微粒在经过装置/设备期间被吸引并沉淀到过滤器的表面上，从而与去除不带电的悬浮微粒相比，以更高的效率实现从经过的气流中去除微粒。
可以通过多种方式实现微粒的带电。一种这样的方式，利用“场致充电器”，通常用于过滤应用中。场致充电器包括微粒充电器，其包括发射电极和反电极，它们一起可操作以形成微粒充电区域。在使用时，由于它们各自的电势差，在发射电极与其反电极之间建立电场：发射电极通常具有小的曲率半径，例如，它可以是细导电导线或尖导电引脚的形式，并且与反电极(该反电极通常保持在接地电势)相比，被升高到高电压。这种布置导致场致充电器内发射电极处的电晕放电(注意确保电极之间的电压差不会导致电击穿并不会导致电极之间的电弧)。由电晕放电产生的空气离子被电场加速，并与经过微粒充电区域的悬浮微粒碰撞，导致这些微粒成为带电的。
现有技术的静电空气过滤装置和设备通常在其中的场致充电器中包含细导线阵列(直径为毫米级)作为发射电极。这种导线阵列在阵列中的每个导线周围形成电晕放电，因此可以成形为适合多种应用。但是，导线阵列会受到导线上不需要的有害物质沉积的阻碍，从而影响充电效率。另外，由于支撑在导线上的电晕，臭氧排放可能会不期望地过高。此外，由于必须将导线附接到支撑框架上，在导线的发生附接的末端区域中，电晕发射减少到流过导线末端的空气中的悬浮微粒未被有效充电的程度，这最终将导致悬浮微粒收集效率降低。这种“充电旁路”效应通常由于将框架(该框架包含导线阵列)相对宽松地装配到周围壳体中而加剧，该周围壳体限定经过装置或设备的待过滤空气的流动路径。
虽然“引脚型”发射电极也已知用于场致充电器，但是该“引脚型”发射电极不太普遍(实际上可能仅由本申请人使用该“引脚型”发射电极)。与导线阵列电极相比，引脚型电极仅在其尖端周围形成相对较小体积的电晕。对于给定的施加电流，引脚型电极尖端处的电晕强度与导线阵列电极的电晕强度相比更高，因为两者之间存在物理差异-尖(递减)点处的电子浓度大于横截面基本恒定的导线中的电子浓度，这提高了微粒充电效率。此外，对于给定的微粒充电能力，与等同的导线阵列相比，引脚型发射电极产生较少的臭氧，因为与引脚型电极相比，沿导线分布的电晕需要更多的电流，并且臭氧产生与所述电流成比例。而且，与导线阵列电极相比，引脚型电极受沉积物质(这些物质否则可能会阻碍电晕放电)的影响较小，其原因有两方面：首先，引脚尖端的表面积远小于导线表面(在引脚尖端的表面和导线表面两者周围发生电晕放电)的表面积，因此可能发生较少的电晕阻碍物质的沉积，并且其次，与沿导线长度的电晕相比，引脚尖端处的电晕的较高强度导致引脚尖端处更大的空气离子通量，这有助于防止电晕阻碍物质的沉积，并且有助于冲走沉积的电晕阻碍物质。此外，因为引脚型电极不必以与导线阵列电极的导线所需的方式连接到周围框架，所以引脚型电极不存在减少电晕发射的区域，其导致较高比例的悬浮微粒被充电(与导线阵列电极相比)。因此，尽管在已知的场致充电器中导线阵列发射电极的普及程度较高，但在场致充电器中使用引脚型发射电极提供了超过和优于其他等效场致充电器(该场致充电器并入导线阵列发射电极)可实现的那些优点的许多优点。
对于任何类型的空气净化装置(即，在场致充电器中使用导线阵列电极或引脚型电极)，通常并入空气推进器(例如风扇)以促使未净化的空气经过所述装置。空气净化器中常见的在空气流动方向上的部件排列是：微粒充电器，过滤器，空气推进器。这种现有技术装置在附图的图1至3中示意性地示出，这是现有技术的便携式空气净化装置中的空气净化装置的典型结构。
参照图1至图3，其中示出了现有技术的便携式静电除尘装置10，其用于从气流中去除不需要的悬浮微粒。静电除尘空气净化装置10包括微粒充电器12，呈机械风扇形式的空气推进器15，和过滤器16，其中，当气流经由微粒充电器12入口处的入口17沿箭头A的方向流过过滤器16且到达风扇15下游的出口18以经过装置10时，所述过滤器16用于从气流(“脏空气”)(未示出)中去除带电悬浮微粒。图2和图3示出了入口格栅19a和出口格栅19b，其安装到分别形成在壳体101中的入口17和出口18，壳体101围绕并容纳装置10的所有上述部件。
微粒充电器12包括呈引脚13形式的引脚型电极(由箭头表示，其头部指向上游以代表引脚的末端)，其沿直径杆13a的长度(仅在图2和3中示出)相对于反电极14被居中安装，以便能够以本说明书前面讨论的方式，从引脚的尖端进行电晕放电，并且产生空气离子以对气流中的悬浮微粒进行充电。如图1和图2清楚所示，微粒充电器12和过滤器16设置在风扇15的上游，在这些部件中的每一个之间具有显著的空间分隔或间隙，标记为G。
图1至3示出装置10在入口17和出口18之间在间隙G的区域中经历两个由虚线所示的横截面面积的变化，这两个变化连续地首先是微粒充电器12到过滤器16的横截面面积变化，其次是过滤器16到风扇15的横截面面积变化。一旦待净化的脏空气已经经过微粒充电器12，则经历横截面面积的扩大，空气流动通过该扩大的横截面面积直到它到达过滤器16，该过滤器16具有比微粒充电器12大的横截面(垂直于气流)。在过滤器16的下游，净化的空气经历横截面面积的缩小，净化的空气流动通过该缩小的横截面面积以适应风扇15，风扇15具有比过滤器16小的横截面(也与气流垂直)。微粒充电器12与过滤器16之间的间隙G以及过滤器16与风扇15之间的间隙G中的横截面面积的变化导致不期望的空气紊流，更大的空气阻力，高能量消耗和噪音。
为了克服至少一个所述的横截面面积的不匹配，在现有技术中已知用多引脚型电极阵列代替单个引脚型电极，每个引脚型电极都被接地反电极围绕，以使过滤器的面积基本与微粒充电器的面积相匹配，风扇位于过滤器的与微粒充电器相对的一侧(与图1至3所示的方式相同)。
例如在WO2005/102534中描述了这种布置。然而，除了引脚阵列电极比单引脚型电极制造更昂贵并且与单引脚型电极相比导致产生更多臭氧的缺点之外，关于图1至3中所示的装置讨论的三个部件(微粒充电器，过滤器和风扇)之间的空间分离或间隙仍然存在，并且仍然存在不期望的空气湍流、更大的空气阻力、高能量消耗、噪音和对锥形罩/管道的需要的问题。事实上，这种多引脚型电极阵列必须与装置中的过滤器在空间上分开，因为如果放置得太靠近过滤器，则在过滤器上接地而不是在场致充电器的接地反电极上接地的任何空气离子通量会干扰过滤操作，从而显著降低其效率。此外，当装置使用时，由于场致充电器和过滤器之间的区域相对于环境空气处于负压下，所以空气可能绕过引脚型电极、泄漏到将阵列与过滤器分开的区域中的可能性增加。这种“充电旁路”是有害的，因为它通常会导致空气中不带电的悬浮微粒进入过滤器，从而降低微粒捕获效率。
此外，还需要一种桥接微粒充电器12与过滤器16之间的间隙G以及过滤器16与空气推进器15之间的间隙G的装置：通常需要昂贵的锥形罩或管道(例如以壳体101的形式)来克服横截面面积的不匹配和部件的空间分离。从图2和3中可以清楚地看出，由于所示的装置存在的两个明显的旁路区域，装置10不具有100％的微粒捕获效率，或者说，装置10的效率不能匹配过滤器16的固有效率。特别是，如标记为B1的箭头所示，一些脏空气能够绕过微粒充电器12(“充电旁路”)，因此，由于其中的悬浮微粒不带电，它们不会被过滤器16从气流中去除。其次，无论是包含带电悬浮微粒的脏空气还是不包含带电悬浮微粒的脏空气都能够绕过过滤器16(“过滤旁路”)，如标记为B2的箭头所示，因此不被净化。
为了实现过滤器16中的微粒收集的高效率，围绕微粒充电器12的充电旁路气流必须是经过装置10的总气流的一小部分。逃逸充电的任何悬浮微粒将倾向于以低效率通过静电过滤器18。例如，在以99.99％(非常高的效率)以上的微粒收集效率操作的空气净化装置中，可允许少于总空气流量的100000分之一的空气绕过微粒充电器。
如前所述，当风扇15位于微粒充电器12和过滤器16的下游时，这种充电旁路和过滤旁路的效果加剧，因为与周围大气相比，空气受到负压。然而，因为空气过滤器16被设计为从装置10移除以便更换或净化，并且因此过滤器16的框架与周围壳体101之间的配合必须是滑动配合，所以通常不可避免地产生过滤旁路。因此，如图3所示，未过滤的旁路气流(由较细的箭头B2表示)能够在位于风扇15的上游且与其相邻的湍流气流区域(T)中与过滤的空气(由较粗的箭头表示)混合，这降低了经过整个流出横截面面积从装置10的出口18和出口格栅19b流出的空气的纯度(由混合厚度箭头M表示)。
在附图的图4至图7中示意性地示出了可以在典型的现有技术空气净化设备(例如HVAC系统)中找到的部件的通常布置。
参照图4和5，其中示出了用于从气流中去除不需要的悬浮微粒的现有技术静电除尘设备100。静电除尘空气净化设备100包括呈机械风扇形式的空气推进器115，微粒充电器112，和过滤器116，在气流在由管道系统119限定的体积中沿着箭头A的方向、流过过滤器116且到达风扇115下游的出口(未示出)而流过设备100时，所述过滤器116用于从气流(“脏空气”)(未示出)中去除带电悬浮微粒。
微粒充电器112包括呈引脚113阵列形式的引脚型电极阵列，该电极阵列安装在框架113a中，该框架113a与形成在相邻板113c中的圆形反电极113b阵列耦合，从而使得能够以本说明书之前讨论的方式从引脚113的末端进行电晕放电，并且产生空气离子以用于对气流中的悬浮微粒进行充电。如图4和图5清楚所示，微粒充电器112和过滤器116设置在风扇115的下游。无论所述部件是否彼此间隔开或者它们是否紧密联接，由于在微粒充电器112和过滤器116的每一个中设计的固有空间公差，从而在没有任何特定的高性能密封装置(例如昂贵的垫片)的情况下，允许每个部件可拆卸地装配到管道系统119中，从而不可避免地存在分别用于微粒充电器112周围的和过滤器116周围的充电旁路和过滤旁路的路径。
从图5中可以清楚地看出，由于这两个明显的旁路区域，设备100不具有100％的微粒捕获效率，或者说，设备100的效率不能匹配过滤器116的固有效率。特别是，如标记为B1的箭头所示，一些脏空气能够绕过微粒充电器112(“充电旁路”)，因此，由于其中的悬浮微粒不带电，它们不会被过滤器116从气流中去除。其次，无论是包含带电悬浮微粒的脏空气还是不包含带电悬浮微粒的脏空气都能够绕过过滤器116(“过滤旁路”)，如标记为B2的箭头所示，因此不被净化。
除了微粒充电器，过滤器和空气推进器在空气流动方向上的相对顺序之外，图6和7中所示的现有技术布置与图4和5中所示的现有技术布置相同。因此，在图6和7中，所有类似的部件都被提供有与图4和5中所用的附图标记相同的附图标记，但是被增加了100。特别地，与由箭头A限定的空气流动方向相比，微粒充电器212和过滤器216都设置在空气推进器215的上游。
无论所述部件是否彼此间隔开或者它们是否紧密联接，再次由于在微粒充电器212和过滤器216的每一个中设计的固有空间公差，从而在没有任何特定的高性能密封装置(例如昂贵的垫片)的情况下，允许每个部件可拆卸地装配到管道系统219中，从而不可避免地存在分别用于微粒充电器212周围的和过滤器216周围的充电旁路和过滤旁路的路径。
从图7中可以清楚地看出，由于这两个明显的旁路区域，设备200不具有100％的微粒捕获效率，或者说，设备200的效率不能匹配过滤器216的固有效率。特别是，如标记为B1的箭头所示，一些脏空气能够绕过微粒充电器212(“充电旁路”)，因此，由于其中的悬浮微粒不带电，它们不会被过滤器216从气流中去除。其次，无论是包含带电悬浮微粒的脏空气还是不包含带电悬浮微粒的脏空气都能够绕过过滤器216(“过滤旁路”)，如标记为B2的箭头所示，因此不被净化。
这种设备的空气净化效率是根据以下假设和标准计算出来的：
例如在HVAC装置中使用的典型管道系统不可避免地是灵活的，由金属板制成。在三个典型的家用HVAC装置中，在外部施加到管道侧壁中心且为处于2.3至6.8kg(5至15lbs)重量范围内的手指压力下，测量偏转测量值。用于每个管道壁的在偏转下的充电旁路面积被计算并且被表示为总管道未偏转面积的百分比。结果显示在下表1中。
Figure GDA0003327740260000071
可以看出，所产生的偏转在3毫米至7毫米的范围内。考虑到每个偏转并假定沿框架长度的平均旁路间隙为每个偏转的50％，当与总横截面面积相比时，可以计算整个矩形管道的四个边的所产生的旁路面积。
假设空气流量按比例分配到旁路和未偏转管道的横截面面积，旁路流量平均为上述示例的3.9％。这代表了旁路为总空气流量的100000分之3900，并将最大可实现效率降至96.1％，远远低于预期。
当然，管道系统可以通过肋和支架加强，甚至可以通过插入专门制造的箱体来加强，但是这种修改是困难且昂贵的，并且仍然要求围绕微粒充电器框架以到周围管道的内壁的高质量密封。
本发明的一个目的是消除或减轻上述缺点中的一些或优选全部，特别是关于充电旁路的缺点。
此外，需要一种能够将纯净空气(基本上不含所有微粒)(意味着99.9％的典型空气净化效率)直接输送到用户的即时可呼吸空气中的个人空气净化器(空气净化装置)。据了解，某些个体对悬浮微粒(包括尘埃微粒和其他过敏原)具有很高的敏感性，并且在暴露于某些类型的微粒时将患病。例如，单个花粉微粒可能在某些个体中引发严重的过敏反应。通过设计为在空气净化器出口处能够以99.9％的微粒去除效率提供纯净空气的空气净化器，使用者可以充分享受呼吸无污染微粒的空气。
因此，本发明的另一目的是消除以前的空气净化器，特别是个人空气净化器的缺点。
根据本发明的第一方面，提供一种用于从气流中去除悬浮微粒的空气净化装置，该装置包括：
(a)微粒充电器，其包括壳体和在所述壳体中的电极组件，所述电极组件用于在气流中产生空气离子，所述微粒充电器具有微粒充电区域，在所述微粒充电区域中，在使用时，气流中的悬浮微粒经由与所述空气离子的碰撞而带电；
(b)过滤器，其用于从移动通过所述装置的气流中沉淀带电悬浮微粒；和
(c)空气推进器，其包括外壳且用于使得气流移动通过所述装置；
其中，所述微粒充电器和所述空气推进器设置在所述过滤器的上游；和
其中，所述微粒充电器的所述壳体沿空气流过所述装置的方向气密地密封到所述空气推进器的所述外壳，使得所述微粒充电器与所述空气推进器紧密联接在一起，由此进入所述装置的所有空气必须经过所述微粒充电器和所述空气推进器。
这样的装置确保消除了充电旁路，因为进入装置的所有空气必须经过微粒充电区域，这意味着气流中的所有悬浮微粒也必须经过微粒充电区域，在该微粒充电区域中，经由悬浮微粒与空气离子的碰撞而发生对悬浮微粒的充电。这是可能的，因为微粒充电器的壳体和空气推进器的外壳一起限定了气流必须流过以便经过过滤器的体积-不需要没有额外的周围壳体，整流罩或管道系统。此外，使用这样的装置，可以在装置出口输送具有99.9％微粒去除效率的纯净空气，使得使用者可以充分吸入无污染微粒的空气。
为避免任何疑问，至于“所述微粒充电器的所述壳体“沿空气流过所述装置的方向”气密地密封到所述空气推进器的所述外壳”表示微粒充电器和空气推进器之间的气密密封顺序；换句话说，当沿空气流过该装置的方向观察时，微粒充电器被气密地密封到空气推进器并位于空气推进器的上游，或者，微粒充电器被气密地密封到空气推进器并位于空气推进器的下游。
所述装置优选是便携式的，因此可以用作独立的空气净化器。
根据本发明的第二方面，提供一种用于从气流中去除悬浮微粒的空气净化装置，该装置包括：
(a)空气推进器，其包括外壳并且用于使得气流移动通过所述装置，其中，所述外壳具有空气入口部和空气出口部，其中所述空气入口部和空气出口部中的任一个包括用于在气流中产生空气离子的电极组件的第一部件；
(b)微粒充电器，其包括用于在气流中产生空气离子的所述电极组件的第二部件，其中，所述空气推进器的外壳的空气入口部和空气出口部中的包括所述电极组件的所述第一部件的任一个与所述微粒充电器一起限定微粒充电区域，在所述微粒充电区域中，在使用时，气流中的悬浮微粒经由与所述空气离子的碰撞而带电；和
(c)过滤器，其用于从移动通过所述装置的气流中沉淀带电悬浮微粒；
其中，所述微粒充电器和所述空气推进器设置在所述过滤器的上游；和
其中，所述微粒充电器被所述空气推进器的外壳的空气入口部/出口部容纳，并且沿空气流过所述装置的方向气密地密封到所述空气推进器的外壳的空气入口部/出口部，使得所述微粒充电器与所述空气推进器紧密联接在一起，由此进入所述装置的所有空气必须经过所述微粒充电器和所述空气推进器。
再一次，这样的装置确保消除了充电旁路，因为进入装置的所有空气必须经过微粒充电区域，这意味着气流中的所有悬浮微粒也必须经过微粒充电区域，在该微粒充电区域中，经由悬浮微粒与空气离子的碰撞而发生对悬浮微粒的充电。这是可能的，因为空气推进器的空气入口部/出口部(在其中容纳微粒充电器)限定气流必须流过以便经过过滤器的体积-不需要没有额外的周围壳体，整流罩或管道系统。
为避免任何疑问，至于“所述微粒充电器被所述空气推进器的外壳的空气入口部/出口部容纳，并且“沿空气流过所述装置的方向”气密地密封到所述空气推进器的外壳的空气入口部/出口部”表示微粒充电器与空气推进器之间的气密密封顺序；换句话说，当沿空气流过该装置的方向观察时，微粒充电器被气密地密封到空气推进器并位于空气推进器的上游端，或者，微粒充电器被气密地密封到空气推进器并位于空气推进器的下游端。
根据本发明的第三方面，提供一种用于从气流中去除悬浮微粒的空气净化设备，所述设备包括：
(a)壳体，其包括用于在气流中产生空气离子的电极组件的第一部件；
(b)微粒充电器，其位于所述壳体内并且包括用于在气流中产生空气离子的电极组件的第二部件，其中所述微粒充电器和所述壳体共同限定微粒充电区域，在所述微粒充电区域中，在使用时，气流中的悬浮微粒经由与所述空气离子的碰撞而带电；
(c)过滤器，其位于所述壳体内且用于从移动通过所述设备的气流中沉淀带电悬浮微粒；和
(d)空气推进器，其位于所述壳体内且用于使得气流移动通过所述设备；
其中，所述微粒充电器和所述空气推进器设置在所述过滤器的上游；和
其中，所述壳体沿空气流过所述设备的方向在所述微粒充电器和所述空气推进器之间提供气密密封，使得所述微粒充电器与所述空气推进器紧密联接在一起，由此进入所述设备的所有空气必须经过所述微粒充电器和所述空气推进器。
这样的设备确保消除了充电旁路，因为进入设备的所有空气必须经过微粒充电区域，这意味着气流中的所有悬浮微粒也必须经过微粒充电区域，在该微粒充电区域中，经由悬浮微粒与空气离子的碰撞而发生对悬浮微粒的充电。这是可能的，因为设备的壳体、微粒充电器和空气推进器一起限定气流必须流过以便经过过滤器的体积-不需要没有额外的周围壳体，整流罩或管道系统。
为避免任何疑问，至于“所述壳体“沿空气流过所述设备的方向”在所述微粒充电器和所述空气推进器之间提供气密密封”表示微粒充电器与空气推进器之间的气密密封顺序；换句话说，当沿空气流过该装置的方向观察时，微粒充电器被气密地密封到空气推进器并位于空气推进器的上游，或者，微粒充电器被气密地密封到空气推进器并位于空气推进器的下游。
在本发明的上述方面中的每一个中，微粒充电器和空气推进器可以在空气流动方向上紧密联接，即气密地密封为微粒充电器/空气推进器(使得微粒充电器在空气推进器上游)或者气密密封为空气推进器/微粒充电器(例如空气推进器在微粒充电器上游)-在这两种情况下，“联接对”都在过滤器的上游。
在根据本发明的第一方面的空气净化装置中，微粒充电器的壳体具有入口和出口，并且空气推进器的外壳具有入口和出口，可以通过微粒充电器的壳体的出口与空气推进器的外壳的入口的气密密封来实现紧密联接对，也可以通过空气推进器的外壳的出口与微粒充电器的壳体的入口的气密密封来实现紧密联接对。这在实践中通过提供具有高精度的公用横截面面积(大约±0.127至0.508mm的量级(千分之±5至千分之二英寸)的“密封部件”能够实现。尽管筒形或基本上筒形的、公用横截面面积可能是优选的，但是在本发明的范围内，公用横截面面积可以是任何形状，例如，椭圆形或多边形，如八角形或六角形。
在根据本发明的第二方面的空气净化装置中，空气推进器具有空气入口部和空气出口部，其中微粒充电器可以借助于气密密封而紧密地联接至空气入口部和空气出口部中的任一个中。
在本发明的第三方面的空气净化设备中，壳体容纳所有部件，使得由其限定的微粒充电区域和微粒充电器被有效地气密地密封到空气推进器，无论空气推进器设置在微粒充电器的上游还是下游。
在使用时，流过空气净化装置和空气净化设备的空气沿着气流通道流动，并流过从装置或设备的进气口到装置或设备的出气口的体积。装置/设备的进气口可设置在紧密联接对的入口端，即联接对中的微粒充电器和空气推进器中的位于上游的那一个。装置/设备的出气口可以设置在过滤器的下游端。
在整个说明书中，当第一部件被描述为在第二部件的“上游”时，其旨在表示第一部件比第二部件更朝向装置/设备的进气口设置。换言之，在使用时，如果第一部件位于第二部件的上游，则空气将在第二部件之前流过第一部件。术语“下游”应该相应地解释。
本发明的另一个优点在于，与这种部件的传统排列相比，部件相对于彼此可改变的定位。特别是，关于本发明的第一和第三方面，由于微粒充电器和空气推进器均设置在过滤器的上游，因此可以将气流的横截面面积的变化次数减少到一个，或者可能完全消除横截面的变化。
由于微粒充电器和空气推进器的紧密联接对具有上面讨论的组件的非常规排序，本发明可以改善或减轻前述的在湍流，更高的空气阻力，更大的能量消耗、噪音，以及特别是充电旁路或泄漏问题方面的缺点。通过扩展，它还可以消除或减少在空气净化装置所使用的场致充电器中使用引脚型发射电极(而不是导线阵列发射电极)的行业偏见。这可以改善在场致充电器中使用导线阵列时观察到的臭氧产生和导线发射电极上的物质沉积的问题，同时与导线阵列电极能够实现的效率(对于给定的施加电流)相比，能够在引脚型发射电极中针对每单位电晕电流提供更高的微粒充电效率。
用于捕获带电悬浮微粒的任何合适的过滤器都可以用在本发明的空气净化装置中。在一个优选实施例中，过滤器可以是静电过滤器，其通过使用电场来操作以使通过其中的带电悬浮微粒偏转，以使这些微粒沉淀在过滤器表面上。在另一个优选实施例中，过滤器可以是电介体过滤器。在本发明的又一个优选实施例中，过滤器可以是静电除尘器。这种过滤器对于本领域技术人员来说是众所周知的。
例如，如国际专利公开WO00/61293中所述，静电过滤器可以包括：通道阵列，其形成贯通静电除尘装置的流体通道的一部分，并且气流可以相对自由地通过通过该通道(通道被提供在塑料壁之间，并且塑料壁具有与气流接触的导电材料区域)；以及如下的装置，该装置用于将高电位和低电位交替施加到导电材料的隔离区域以在阵列中提供用于从气流中收集微粒的带电点。将这种特定类型的过滤器与本发明的第一方面的空气净化装置一起使用可以提供特别的益处，因为这种过滤器倾向于准直经过其中的气流，因此最大化从装置流出以到达用户的层流气流的可用性，其中将经过过滤旁路的任何空气限制在离开该装置的整个空气流的外围区域，使得它不会与离开过滤器的净化空气混合并不会污染该净化空气。
电介体过滤器可以包括多层带凹槽的塑料薄片材料阵列或者它可以由纤维介质形成，其中纤维可以通过过滤器中的电极或过滤器的制造期间被充电。
过滤器部件的替代配置对于本领域技术人员来说是公知的，并且任何适当的过滤器可以形成根据本发明的静电除尘空气净化装置的一部分。
空气推进器可以采取本领域技术人员公知的任何常规部件的形式，以实现在期望的方向上推动(或移动)空气。例如，空气推进器可以采用机械风扇，波纹管或对流气流装置的形式。这种空气推进器在本发明的第一和第三方面特别有用。替代地，空气推进器可以采用离心式风扇的形式，也称为“鼓风机”。这种空气推进器在本发明的第二方面中特别有用。许多其他合适的部件对于本领域技术人员来说是公知的，并且任何适当的空气推进器可以形成根据本发明的静电除尘空气净化装置的一部分。
包含在根据本发明的空气净化装置和空气净化设备中的电极组件包括两个部件：电极和反电极。在第一方面的空气净化装置中，微粒充电器包括电极和反电极。在第二方面的空气净化装置中，电极组件的被包括在所述空气推进器的外壳的空气入口部/出口部中的第一部件优选地是反电极，并且所述电极组件的被包括在所述微粒充电器中的第二部件优选地是电极。在第三方面的空气净化设备中，所述电极组件的被包括在所述壳体中的第一部件优选地是反电极，并且所述电极组件的第二部件优选地是电极。
电极可以呈引脚或细长导线的形式-引脚或细长导线都具有尖端或末端-并且可以支撑在支撑杆(该支撑杆另外是可以导电的)上。两个或更多个电极可以被支撑在支撑杆上。在所有情况下，电极都能够进行电晕放电，如本说明书前面所述。反电极(非电晕)可以被配置成可在与电极组件中的(电晕)电极的电位不同的电位下操作。在装置和设备中，反电极将围绕电极的尖端/末端，但是将与其分开一间隙。反电极可能接地。提供反电极提供足够强度的电位梯度以激发产生空气离子所需的电晕放电。此外，所产生的电场使得产生的空气离子加速，使得它们穿过场致充电器中的待被净化的空气(含有不想要的悬浮微粒)将经过的空间，当所述悬浮微粒与空气离子碰撞时，电荷从空气离子转移到悬浮微粒上，从而使得过滤器能够随后收集悬浮微粒。
反电极可以被成形为使得在尖端/末端的周边的附近从电极的尖端/末端到周围反电极的表面的距离大致恒定；因此在尖端/末端处产生的空气离子通量将基本对称且是径向的，从而确保空气中非常高比例(99.99％经常可实现)的不需要的悬浮微粒与空气离子碰撞，从而导致期望的电荷转移和随后的微粒捕获。
在本发明的第一方面的空气净化装置中，反电极可以包括其中具有孔的导电板(优选但不一定是基本平坦的板)。或者，反电极可以包括中空筒体，其可以由导电材料形成，或者可以设置有导电内表面。板中的孔或筒体的横截面可以是矩形，正方形，圆形或椭圆形，并且将具有垂直于板延伸的或与筒体共轴地延伸的中心纵轴。在这些实施例中的任何一个中，电极的尖端/末端优选地基本上与孔/筒体的轴线同轴，并且优选居中地设置在板的孔中或筒体内以确保在尖端/末端的周边的附近，间隙近似恒定。
更优选地，本发明的第一和第二方面的空气净化装置的反电极可以是大致环形的，即，导电板中的孔可以是圆形的，或者空心筒体可以具有圆形截面。最优选地，在本发明的第一方面中，空气净化装置的微粒充电器的壳体可以包括反电极，或者可以形成反电极。微粒充电器的壳体的内表面，优选与电极相邻的内表面，可以设置有用作反电极的导电涂层或层。或者，壳体可以由合适的导电材料形成，适当地与外部元件绝缘。电极的尖端/末端可以与反电极基本同心。在本发明的第二方面中，特别是当空气推进器采取具有进气口和垂直于进气口的空气出口的鼓风机的形式时，(电晕)发射电极可以设置在鼓风机的进气口中。反电极(非电晕)也可能位于鼓风机的进气口中。在这样的实施例中，进气口可以包括导电部，例如，形成反电极的导电环或导电内表面。以这种方式定位反电极便于本发明装置的特别紧凑的设计。由于过滤器部件不位于空气推进器和微粒充电器之间并且实际上通常位于鼓风机的外部并且远离鼓风机，因此这种定位成为可能。
在空气净化设备中，壳体可以是可以包括反电极的管道或管道系统的形式，或者壳体可以形成反电极。设备壳体的内表面，优选与微粒充电器的电极相邻的内表面，可以设置有用作反电极的导电涂层或层。或者，设备的壳体可以由合适的导电材料形成，适当地与外部元件绝缘。电极的尖端/末端可以基本上与设备的壳体的纵向轴线同轴，即与管道系统的在空气流动的整个方向上延伸的纵向轴线同轴。
这里作为选项描述的反电极的导电内表面可以包括导电油墨或涂料。导电油墨和油漆提供了一种将反电极应用于其他非导电表面的便捷方式。
根据本发明的第一方面的装置可以包括两个或更多个空气推进器和/或两个或更多个微粒充电器，每个微粒充电器具有用于在气流中产生空气离子的电极组件，其中一个微粒充电器的壳体被气密地密封到一个空气推进器的外壳上，这些空气推进器可以并排设置，以便有效地使可用的横截面面积加倍以便待被净化的空气移动通过。在这种布置中，两个(或更多个)紧密联接对可以使用一个公用过滤器，或者每个紧密联接对使用一个过滤器。
根据本发明的第四方面，提供一种用于从气流中去除悬浮微粒并消除充电旁路的空气净化方法，所述方法包括：
使用微粒充电器在气流中产生空气离子，所述微粒充电器包括壳体和在所述壳体中的电极组件；
在微粒充电器的微粒充电区域中，经由气流中的悬浮微粒与空气离子的碰撞而使得悬浮微粒带电；和
使用包括外壳的空气推进器将气流移向过滤器，由此气流中的带电悬浮微粒被沉淀在过滤器上，
其中所述微粒充电器的所述壳体沿空气流动方向气密地密封到所述空气推进器的所述外壳，使得气流移动通过所述微粒充电器和所述空气推进器的紧密联接对，由此待被净化的所有空气在到达所述过滤器之前必须经过所述微粒充电器和所述空气推进器。
本发明第四方面的方法优选使用根据本发明第一方面的空气净化装置来实现。
根据本发明的第五方面，提供一种从气流中去除悬浮微粒并消除充电旁路的方法，所述方法包括：
使用壳体和微粒充电器在气流中产生空气离子，所述壳体包括电极组件的第一部件，所述微粒充电器位于所述壳体内并且包括电极组件的第二部件；
在通过所述微粒充电器与所述壳体一起限定的微粒充电区域内，经由气流中的悬浮微粒与空气离子的碰撞使得所述悬浮微粒带电；和
使用包括外壳的且位于所述壳体内的空气推进器将气流移向位于所述壳体内的过滤器，由此使气流中的带电悬浮微粒沉淀在过滤器上，
其中，所述壳体沿空气流动方向在所述微粒充电器与所述空气推进器之间提供气密密封，使得所述气流移动通过所述微粒充电器和所述空气推进器的紧密联接对，由此待被净化的所有空气在到达所述过滤器之前必须经过所述微粒充电器和所述空气推进器。
本发明第五方面的方法优选使用根据本发明第三方面的空气净化设备来实现。
上述关于本发明的第一和第二方面描述的优选特征也表现出本发明的上述第三和第四方面的优选特征，该第三和第四方面受到技术上的不兼容性的限制，该不兼容性将会妨碍这种优选特征的组合。此外，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的第三方面和第四方面也提供了关于本发明的第一方面和第二方面而列出的上述优点。
为了避免任何疑问，应该注意的是，上述讨论的本发明的各种特征可以组合使用，但要受到技术上的不兼容性的限制，这些不兼容性将妨碍这种优选特征的组合。因此，例如在本发明的一个具体实施例中，空气推进器为鼓风机的形式并包括由导电材料形成的筒体入口，导电材料接地并形成用于微粒充电器的圆形反电极。在该实施例中，发射电极的尖端/末端可以在筒体形入口内同轴地设置，但是与反电极隔开一间隙。
附图说明
现在将参考附图(不按比例)仅仅通过示例的方式进一步描述本发明，其中：
图1至3是本说明书前面讨论的现有技术静电除尘装置的示意性侧剖视图；
图4和6是本说明书前面讨论的两种替代的现有技术静电除尘设备的示意透视图；
图5和7是图4和6中分别示出的两个替代的现有技术静电除尘设备中的每一个的示意性侧剖视图；
图8和9是根据本发明的静电除尘空气净化装置的一个实施例的示意性侧剖视图；
图10、11和12是根据本发明的静电除尘空气净化装置的第二实施例的示意性侧剖视图；
图13和14是根据本发明的静电除尘空气净化装置的第三实施例的示意性侧剖视图；
图15和16是根据本发明的静电除尘空气净化装置的第四实施例的示意性透视图；
图17是根据本发明的静电除尘设备的实施例的示意性透视图；和
图18是在图17中示出的静电除尘设备的示意性剖视图。
具体实施方式
参照图8和图9，图8和图9都示出了本发明的第一实施例，其中示出了用于从气流中去除不需要的悬浮微粒的静电除尘空气净化装置20。以类似于图1至3所示的现有技术装置10的方式，图8和图9的空气净化装置20包括微粒充电器22，呈机械风扇形式的空气推进器25和用于在气流流过装置20时从气流(未示出)中去除带电悬浮微粒的过滤器26。
微粒充电器22包括其中具有电极组件的筒形壳体22a，该电极组件用于在气流中产生空气离子。壳体22a在其每个气流末端22b，22c处开口以允许气流经过。该电极组件包括呈引脚(由箭头表示，其头部指向上游以代表引脚的末端)形式的电极23和呈环形导电涂层形式的反电极24，该电极23居中地(纵向)安装在直径杆23a(该直径杆23a安装在壳体中)上，该环形导电涂层设置在壳体22a的内表面上且以同心方式围绕电极23。微粒充电区域是由电极23和反电极24之间的电连通程度限定的体积，在使用时，在该体积中，气流中的悬浮微粒通过与空气离子的碰撞而带电。
空气推进器25包括筒形外壳25a，风扇叶片25b(为了清楚起见仅示出了其中的两个)安装在该筒形外壳25a中。风扇25的筒形外壳25a和微粒充电器22的筒形壳体22a均由能够机械加工，注塑或以其他方式形成的高尺寸精度的材料制成，例如，塑料材料(如PVC)或压铸金属。风扇25的筒形外壳25a在空气流动的方向上气密地密封到微粒充电器22的筒形壳体22a，从而所有进入装置20的空气必须经过微粒充电器22和空气推进器25，从而消除了充电旁路。
与图1至3所示的装置10不同，图8和图9所示的装置20中的部件的顺序和部件的相对空间取向是相当不同的：微粒充电器22和风扇25连接在一起以气密方式作为紧密联接对29，其中微粒充电器22位于风扇25的上游。气流经由微粒充电器22入口处的入口27沿箭头A的方向流过微粒充电器22和风扇25的紧密联接对29，经由与过滤器26之间的间隙G(如虚线所示)到达过滤器26并且到达出口28。实际上，该间隙G将由锥形罩21或其它这种合适的管道容纳，如图9所示。
在图8和9中的装置20中，微粒充电器22包括引脚(电晕)电极23，该引脚(电晕)电极23相对于环绕的反电极24居中地安装，以便能够以本说明书前面讨论的方式从引脚的尖端进行电晕放电并且生成空气离子以对气流中的悬浮微粒进行充电。
如图8和图9清楚所示，微粒充电器22和风扇25以气密方式(形成气密密封)接合在一起，从而形成过滤器26上游的紧密联接对29；微粒充电器22和风扇25之间没有间隙，虽然间隙G显示为存在于紧密联接对29和过滤器26之间，但该间隙相对于环境空气处于正压状态，因此，也能够使得任何旁通或泄漏(由于罩21的任何缺陷的结果)到间隙G中的不带电悬浮微粒尽量少地到达过滤器26，如果也不是完全消除到达过滤器26的不带电悬浮微粒的话。
换句话说，与图1至3所示的现有技术装置10不同，图8和9中装置20中的气流通道仅仅经历了从入口27至出口28的单个横截面面积(垂直于空气流动方向)的变化。通道在装置20的入口27处相对较窄(即，具有小的横截面面积)，以确保流过其中的空气中的基本全部悬浮微粒与空气离子相遇以进行电荷转移。微粒充电器22的下游设置有风扇25，并且通道的横截面从微粒充电器22到风扇25保持基本不变，从而辅助形成紧密联接对29。在风扇25的下游，通道经历横截面面积的扩大以适应相对较大的过滤器26。
由于气流通道的横截面面积只有一个变化，所以经过图8和9中的装置20的空气遇到较少的湍流，空气阻力，需要较少的能量并产生较少的噪音；并且与图1至3中的现有技术装置1(其包括气体通道的横截面面积的两个变化)相比，减少对相对昂贵的整流罩/管道(这些整流罩/管道是为了匹配不同横截面所需的)的需求。
微粒充电器22和风扇25的紧密联接对通过从风扇外壳25a的出口延伸到过滤器26的罩21而联接到过滤器26。装置20的另外的外部结构(该另外的外部结构是对于上述功能部件不重要的部分)由图9中所示的虚线示意性地表示。
现在参照图10、11和12，其中显示了根据本发明的用于从气流中去除悬浮微粒的静电除尘空气净化装置30的第二实施例。第二实施例的装置30与图8和9所示的第一实施例类似，下面将仅详细描述装置20、30之间的区别。在图10、11和12中，对应于以上关于图8和9所描述的部件的部件采用图8和9中使用的附图标记，但是增加10。
与图8和图9中的装置20不同，由于过滤器36的尺寸设计成其横截面与紧密联接对39的横截面相同(通过微粒充电器32和风扇35形式的空气推进器的气密方式的接合而形成该紧密联接对39，使得前者的壳体与后者的外壳气密密封)，在图10、11和12中，装置30中的气流通道从入口37到出口38不经历横截面面积的变化。由于横截面面积没有变化，流过图10、11和12中的装置的空气遇到较少的湍流、空气阻力、需要较少的能量并产生较少的能量噪声；并且与图1至3所示的现有技术装置10以及图8和9所示的根据本发明的装置20相比，不需要任何相对昂贵的罩/管道来匹配不同的横截面。充电旁路被消除，并且过滤旁路和/或泄漏也被减少，增加微粒充电效率并且因此增加捕获效率以超过和高于已经利用图8和9所示的本发明的实施例实现的效率。
图12示出了当消除了充电旁路时本发明可实现的特定效果，即使仍然存在一定数量的过滤旁路(因为空气过滤器必须被设计成从空气净化器移除以进行更换或净化，并且因此过滤器框架与周围壳体或管道系统之间的配合必须是具有不可避免的旁路的滑动配合)。空气通过微粒充电区域被吸入，从而在其中发生悬浮微粒的充电。在经过风扇35之后，空气处于正压区域中并且通过过滤器36(和出口格栅，未示出)被吹出以产生由箭头L表示的平滑层流空气，当它可以指向用户的脸部时，该平滑层流空气是特别有用的。当过滤器36是静电过滤器时，效果尤其显著，如国际专利公开WO00/61293中所述。通过过滤器的所有带电微粒都被过滤掉，并且如果在过滤器36的侧面周围存在少量的旁路空气泄漏(由箭头B示出)，则该旁路空气不会与层流空气混合，也不会影响离开过滤器36的空气的层流。使用者经受来自过滤器36的无微粒空气的全部好处。这种效果与大多数现有技术的便携式空气净化器直接相反，例如如图1至图3所示例的那样，其设计为使得风扇位于过滤装置下游(无论是离子充电器和过滤器的组合，还是单独的过滤器)。这导致过滤装置相对于环境空气处于负压下，这意味着在任何或所有的联接点处，未带电的、未过滤的空气(旁路空气)通过间隙或接头被吸入空气净化器中。旁路空气(例如源自可移除过滤器周围的空气)被吸入风扇下游的湍流(负压)区域，在该湍流(负压)区域中，该旁路空气与通过过滤器抽出的净化空气混合。在现有技术空气净化器的这种常见设计中，由风扇吹出的空气通常处于高速，非层流，在个人用户吹风时不舒服并且被这种未过滤的空气污染。在空气进入空气净化器和离开风扇之间测量的整体微粒去除效率通常显著降低。图10、11和12所示的本发明的实施例克服了这些现有技术的缺点。
现在参照图13和14，其中显示了根据本发明的用于从气流中去除悬浮微粒的另一个静电除尘空气净化装置40。第三实施例的装置40实际上是图10、11和12中所示的三个装置30的堆叠，并且因此在图13和14中将使用与用于描述图10、11和12的附图标记相同的附图标记。
在图13和图14的装置中的单个过滤器36的上游设置三个微粒充电器32(每个具有引脚电极33)和三个呈机械风扇形式的空气推进器35(参见图8和9以及图10、11和12中的装置20、30中的每个相应部件)，即三个紧密联接对39被设置在单个过滤器36的上游。与图10、11和12中所示的三个装置30的精确堆叠相比，存在跨越三个紧密联接对39的单个过滤器而不是三个独立的过滤器(每个联接对一个过滤器)是唯一的修改。当然，图13和14中所示的实施例可以被修改，使得过滤器36只跨越两个紧密联接对39(第三个联接对设置有其自己的过滤器)，或者使得每个紧密联接对设置有其自己的过滤器。所有这些组合都在本发明的范围内。
三个微粒充电器32以并排布置设置在气流通道中(在这种情况下，一个堆叠在另一个的顶部上)，使得流过该装置的空气遇到一个或另外两个微粒充电器。类似地，三个风扇35也以并排布置(也是一个堆叠在另一个的顶部上并且每个与相应的微粒充电器32基本同轴)设置，使得流过装置40的空气通过一个或另外两个风扇35被抽出。
在使用时，流过气流通道的一些空气流过最上面的微粒充电器32和最上面的风扇35而流到公共过滤器36，一些空气流过中间的微粒充电器32和中间的风扇而流到公共过滤器36，一些空气流过最下面的微粒充电器32和最下面的风扇35而流到公共过滤器36。
三个微粒充电器32中的每一个具有与三个风扇35中的每一个相似的横截面面积，因此它们之间的总气流通道的横截面面积基本上保持不变。三个微粒充电器32和三个风扇35的集合横截面面积与单个过滤器36的总面积相似(即，过滤器36的横截面面积约为每个紧密联接对39的横截面面积的三倍)。由于截面面积的相似性，风扇35和过滤器36之间的气流通道的横截面基本上保持不变。
鉴于上述情况，与图10、11和12中的装置一样，图13和14中的装置中的气流通道从入口37到其出口38基本上不经历横截面面积的变化。因为横截面面积基本上没有变化，经过图13和14中的装置40的空气遇到较少的湍流、空气阻力、需要较少的能量并产生较少的噪音；与图8和9以及10、11和12中的装置20、30相比，不需要相对昂贵的连接管(该连接管是匹配不同横截面所需的)。如图所示，公用过滤器36通过简单的壳体(未示出)装配到三个紧密联接对39的下游端。因此，充电旁路被消除，并且过滤旁路和/或泄漏也被减少，并且增加微粒充电效率并且因此增加捕获效率以超过和高于已经利用图8和9所示的本发明的实施例实现的效率。
现在参考图15和16，其中显示了根据本发明的用于从气流中去除悬浮微粒的另一静电除尘空气净化装置50。装置50包括微粒充电器52，呈鼓风机形式的空气推进器55，和过滤器，尽管这里未明确示出，但是过滤器将定位在离开鼓风机55的气流的下游，该气流标有箭头F。
微粒充电器52和鼓风机55作为紧密联接对59以气密方式接合在一起(气密地密封在一起)，其中微粒充电器52位于鼓风机55的上游。气流经由微粒充电器52的入口处的入口57流入，且流过微粒充电器52和鼓风机55的紧密联接对59，以到达过滤器(箭头F所示气流下游的某处)，并到达出口(未示出)。实际上，可以提供整流罩或其他这种合适的管道以将过滤器定位在鼓风机55的外部。
更具体地说，在图15和16中，微粒充电器52包括在直径杆53a上居中安装的引脚(电晕)电极53，该直径杆53a安装在鼓风机55的进气口51(空气入口部)中。该进气口51导电和接地，并且因此进气口51对于引脚电极53起到反电极(下文中也被称为54)的作用，从而提高了微粒充电效率。进气口51在图5中显示为突出构件，然而它可以容易地呈开口的形式，该开口在鼓风机55侧面的其他平坦的外表面中。进气口51无论呈突起(如图所示)形式或呈齐平开口(作为替代方案)形式本身可以是导电的(如上所述)，或者如果由非导电材料形成(例如塑料材料)可以设置有导电内表面，例如，导电油墨或涂料的一个区域(该区域最好是一个环)以形成反电极。鼓风机55的进气口51基本上是筒形的，这意味着反电极54类似地是筒形的，而引脚电极53的尖端基本上是一个点。因此，筒形反电极54和引脚电极53的尖端对称地布置，这意味着，在同心的引脚电极53和反电极54组合中，从引脚尖端到周围电极的内表面的距离大致恒定。这意味着引脚电极53和周围反电极54之间的空气离子通量是径向的，从而增加了空气离子-悬浮微粒碰撞的可能性，这进一步改善了电晕电极53的微粒充电效率并且消除了充电旁路。
测试数据
通过根据捕获的微粒尺寸而改变提供给微粒充电器的引脚发射电极的电流，测试附图10、11和12中示意性示出的类型的静电空气除尘装置的悬浮微粒捕获效率。对于所有测试，装置的空气流量控制在1.2米每秒的过滤器面速度。使用的过滤器是由达尔文科技国际有限公司(Darwin Technology International Limited)(WWw.ifdair.com)提供的3英寸(76.2毫米)深的静电凹槽“ifD过滤器”。ifD过滤器在相邻电极之间以10kV操作。使用恒定运行的激光微粒计数器(Lighthouse Handheld Model No.3016)测量微粒的数量，从而可以计算出微粒捕获效率％。结果显示在下表2中。
Figure GDA0003327740260000231
Figure GDA0003327740260000241
上表2中记录的微粒捕获效率百分比清楚地显示了如下的一般趋势：对于所捕获的每种微粒尺寸，效率随着供应电流的增加而提高，并且对于给定的供应电流(经受试验误差)，效率随着所捕获的微粒尺寸的增加而提高。
较大的悬浮微粒通常比较小的微粒更容易捕获(部分原因是较大的微粒与空气离子碰撞的可能性较大，因此较多的微粒被捕获)。然而，即使悬浮微粒直径小至0.3μm，只有1.0μA的电流供给引脚型电极，效率也会达到99％以上(99.35％)，随着供电电流达到4.0μA，效率提高到99.99％。
当然应该注意的是，所有引用的效率都受到微粒计数器的运行测量限制。
现在参考图17和18，示出了根据本发明的空气净化设备的实施例，其可以形成HVAC系统的一部分。
静电除尘设备60设计用于以高效率(通常为99.99％)从气流中高效去除不需要的悬浮微粒，并包括呈机械风扇形式的空气推进器65，微粒充电器62和过滤器66，在由管道系统69限定的体积中，在气流沿着箭头A的方向流过过滤器66且到达过滤器66下游的出口(未示出)而流过设备60时，所述过滤器66用于从气流(“脏空气”)(未示出)中去除带电悬浮微粒。微粒充电器62，风扇65和过滤器66中的每一个设置在管道系统69(即壳体)内，以容纳所述部件。
微粒充电器62包括呈单个引脚63形式的电极，其沿着杆63a的长度居中地安装，所述杆63a电耦合到周围的反电极63b，该反电极63b在引脚63的区域中形成在管道系统69的一部分的内表面上，以便能够以本说明书前面讨论的方式从引脚63的尖端进行电晕放电和产生空气离子以便对在气流中的悬浮微粒进行充电。引脚63以箭头表示，箭头的头部代表引脚的尖端。反电极63b以虚线轮廓示出并且由直接施加到管道系统69的内表面的导电油墨或涂料形成。替代地，管道系统69本身可以由合适的导电材料制成。在其上安装有引脚63的杆63a通过任何常规的固定措施装配到管道系统69中，所述固定措施包括例如粘合，焊接，焊接等
如图17和18所示，微粒充电器62和风扇65设置在过滤器66的上游。由于微粒充电器62和管道69一起形成微粒充电区域(该微粒充电区域具有空气离子流线，通过图18中的虚线箭头示出该空气离子流线)，在该微粒充电区域中，悬浮微粒是带电的，并且因为管道69在空气流动方向上提供了微粒充电器62和风扇65之间的气密密封，经由管道系统69进入设备60的所有空气必须经过微粒充电器62和风扇65，从而消除了充电旁路。
当然，可以改变所示部件的顺序，因为微粒充电器62和风扇65的相对位置可以交换，使得风扇65位于微粒充电器62的下游(但仍然在过滤器66的上游)。除非管道系统69的内表面的较大部分被制成导电的或者如果管道系统本身69是导电的，否则反电极63b的位置也需要移动以匹配微粒充电器62的位置。但是，消除充电旁路的效果仍然是相同的。
应该理解，为了清楚起见而单独描述的本发明的某些特征，特别是在替代实施例的上下文中描述的特征，也可以在单个实施例中被组合地提供。相反地，在单个实施例的上下文中组合描述的本发明的各种特征也可以分开提供，或以任何合适的组合提供。
还将意识到的是，可以在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下对所描述的实施例进行各种修改，替换和/或添加。按照本说明书中的教导，本领域技术人员将意识到许多其他可能的修改。

Claims (16)

1.一种用于从气流中去除悬浮微粒的空气净化装置，该装置包括：
(a)微粒充电器，其包括壳体和在所述壳体中的电极组件，所述电极组件用于在气流中产生空气离子，所述微粒充电器具有微粒充电区域，在所述微粒充电区域中，在使用时，气流中的悬浮微粒经由与所述空气离子的碰撞而带电；
(b)过滤器，其用于从移动通过所述装置的气流中沉淀带电悬浮微粒；和
(c)空气推进器，其包括外壳且用于使得气流移动通过所述装置，其中所述外壳作为微粒充电器的外壳的分离部件；
其中，所述微粒充电器和所述空气推进器设置在所述过滤器的上游；和
其中，所述微粒充电器的所述壳体沿空气流过所述装置的方向气密地密封到所述空气推进器的所述外壳，使得所述微粒充电器与所述空气推进器紧密联接在一起，由此进入所述装置的所有空气必须经过所述微粒充电器和所述空气推进器。
2.根据权利要求1所述的空气净化装置，其中所述微粒充电器和所述空气推进器紧密联接成在空气流动的方向上的微粒充电器/空气推进器。
3.根据权利要求1所述的空气净化装置，其中所述微粒充电器和所述空气推进器紧密联接成在空气流动的方向上的空气推进器/微粒充电器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的空气净化装置，其中，所述过滤器是静电过滤器、静电除尘器、纤维介质过滤器或电介体过滤器。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的空气净化装置，其中所述空气推进器是机械风扇、波纹管、对流气流装置或离心风扇。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的空气净化装置，其中，所述电极组件包括两个部件：电极和反电极。
7.根据权利要求6所述的空气净化装置，其中所述微粒充电器包括所述电极和所述反电极。
8.根据权利要求7所述的空气净化装置，其中，所述电极呈引脚或细长导线的形式，所述引脚或细长导线具有尖端或末端。
9.根据权利要求8所述的空气净化装置，其中，所述微粒充电器的所述电极支撑在支撑杆上。
10.根据权利要求9所述的空气净化装置，其中，两个或更多个引脚型电极被支撑在公共导体杆上。
11.根据权利要求6所述的空气净化装置，其中，所述反电极围绕所述电极但与所述电极分开一间隙。
12.根据权利要求11所述的空气净化装置，其中所述电极与所述反电极同心。
13.根据权利要求6所述的空气净化装置，其中，所述反电极包括其中具有孔的板。
14.根据权利要求6所述的空气净化装置，其中，所述反电极包括中空筒体，所述中空筒体由导电材料形成或具有导电内表面。
15.根据权利要求14所述的空气净化装置，其中，所述导电内表面包括导电油墨或涂料。
16.一种用于从气流中去除悬浮微粒并消除充电旁路的空气净化方法，所述方法包括：
使用微粒充电器在气流中产生空气离子，所述微粒充电器包括壳体和在所述壳体中的电极组件；
在微粒充电器的微粒充电区域中，经由气流中的悬浮微粒与空气离子的碰撞而使得悬浮微粒带电；和
使用包括外壳的空气推进器将气流移动到过滤器，由此气流中的带电悬浮微粒被沉淀在过滤器上，其中所述外壳作为微粒充电器的外壳的分离部件，
其中所述微粒充电器的所述壳体沿空气流动方向气密地密封到所述空气推进器的所述外壳，使得气流移动通过所述微粒充电器和所述空气推进器的紧密联接对，由此待被净化的所有空气在到达所述过滤器之前必须经过所述微粒充电器和所述空气推进器。
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