CN111683735B - 从气流中除去极性分子的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种从气流中除去极性分子如水蒸气的装置(2)。该装置包括封装腔室(5)的非导电壳体(4)，其中腔室(5)包括位于腔室(5)一端的风扇(6)，其允许空气(24)进入腔室(5)，至少一个金属刷(12)位于腔室内部并安装在电介质保持架(14)上，弯曲实心壁(39)一端与非导电壳体(4)集成，其中弯曲实心壁(39)允许气流(24)从腔室(5)平滑通过，并确保对刷(12)的最小冲击，弯曲丝网(40)与非导电壳体(4)集成在与弯曲实心壁(39)相对的另一端，向金属刷(12)和弯曲丝网(40)充电的电源(18)，其中金属刷(12)在充电时电离空气(24)以产生离子流(26)，有助于从空气(24)移除极性分子以从装置(2)产生净化空气(42)。

Description

从气流中除去极性分子的装置
技术领域
本文中的实施例一般涉及除湿器和空气净化器，更具体地，涉及但不限于通过介电电泳(di-electrophoresis)和电流体力学原理从气流中去除极性分子，例如水蒸气。本文所公开的装置或装置的用途可以更广泛，且不限于简单地去除空气中的水蒸气，还可以适用于去除任何其他类型的极性分子，例如少数极性污染物、烟雾和其他气流中的部分灰尘。
背景技术
除湿器一般用于家庭和工业，以降低空气中的湿度。除湿器通常用于健康或舒适的原因，或从封闭的空间消除发霉气味。大型除湿器也用于商业建筑，如室内冰场，以控制湿度水平。在许多工业应用中，从废水和淡水处理厂到湿度控制至关重要的室内生长室，除湿器也用于工业气候室，以降低相对湿度和露点。建筑物内的除湿可以控制在潮湿的饱和空气中不能蒸发的过多的身体汗液积聚，冷水管的冷凝液滴落，家具和门的翘曲和粘滞，可以导致衣服、书籍和家具发霉以产生蛀虫、跳蚤、蟑螂、潮虫，千足虫和尘螨，它们在潮湿条件下生长。
目前的干燥剂除湿机采用冷表面、吸附表面和吸收表面进行除湿。然而，这些表面很昂贵，需要经常丢弃或通过加热回收，并且需要大量的能源来维护。这使得它们对于长期的常规操作或应用来说是一个昂贵的提议。过去也曾尝试过利用制冷来去除空气中的水汽，但制冷也需要很高的能耗。
基于热电效应的除湿机(thermoelectric effect-based dehumidifiers)是降低湿度的一种经济有效的选择，但其容量有限。静电除尘器也常用于通过对空气或气流进行充电/电离来去除颗粒。它们被用来清除气流中的“雾”(水滴)，但不是水蒸气分子。此外，静电除尘器的初始成本和尺寸都很高，限制了其应用。
离子膜可用于将水蒸气移入或移出密封壳体，在分子水平上操作，而不涉及可见的液态水。使用膜分离水蒸气和空气需要压缩相应的空气，这就限制了成本和方便性。此外，这种精细的膜可能制造非常昂贵。关于空气净化，目前可用的设备采用的方法是使用需要经常更换的膜或过滤器。这意味着更高的维护成本和对最终用户的不便。
因此，仍然需要一种设备或技术，这种设备或技术可作为一种成本可行、效率高和环境友好的解决方案，用于工业和住宅用途的空气除湿。该装置还应能够通过去除气流中的一些极性污染物、烟雾和部分灰尘来净化空气。
发明内容
本实施例提供了一种从气流中除去极性分子(例如水蒸气)的装置。该装置包括封装腔室的非导电壳体，其中腔室包括位于腔室一端允许空气进入腔室的第一风扇；位于腔室内部并安装在电介质保持架上的至少一个金属刷，其中，金属刷在充电时电离空气以产生离子流；弯曲实心壁，在一端与非导电壳体集成，其中弯曲实心壁允许气流从腔室平滑通过并确保对刷的最小冲击；弯曲丝网，与非导电壳体集成在与弯曲实心壁相对的另一端，其中，当充电或接地时，弯曲丝网允许来自金属刷的离子流流动；电源，为金属刷和弯曲丝网充电，有助于极性分子(例如水蒸气)从气流等中去除，以使纯空气从装置中排出。在一个实施例中，弯曲丝网包括排气扇，以产生空气流，该空气流将离子流和极性分子一起排出装置。
在一个实施例中，金属刷可以以一定角度彼此安装在绝缘圆筒上。刷之间的角度取决于但不限于电源的电压和电流、刷的几何形状、刷材料等。风扇前面可能有空气过滤器，以防止设备中的灰尘污染。
在一个实施例中，弯曲丝网和绝缘圆筒之间的距离可以根据设备的配置来增加或减少，其中配置可以包括但不限于电源的电压和电流、刷的几何形状和设计、设备中使用的材料等。在一个实施例中，所述金属弯曲丝网衬有由纤维材料制成的附加多层更细的网板，所述纤维材料可以用作灯芯。
结合以下描述和附图考虑时，将更好地体会和理解本文中的实施例的这些和其他方面。然而，应当理解，以下描述虽然指示优选实施例及其许多具体细节，但是是以图解说明的方式给出的，而不是限制性的。在不脱离本实施例的精神的情况下，可以在本实施例的范围内进行许多改变和修改，并且本实施例包括所有这些修改。
附图说明
将参考本发明的实施例，其示例可在附图中示出。这些附图旨在说明问题，而不是限制。尽管本发明通常在这些实施例的上下文中被描述，但是应当理解，本发明并不打算将本发明的范围限制在这些特定实施例中：
从下面参照附图的详细描述将更好地理解这里的实施例，其中：
图1示出了根据本文所述实施例的从气流中除去极性分子(例如水蒸气)的装置的前示意图；
图2示出了根据本文所述实施例的从气流中除去极性分子(例如水蒸气)的装置的顶示意图；
图3示出了根据本文所述实施例的从气流中除去极性分子(例如水蒸气)的装置的顶部示意图的示例实施例；
图4示出了根据本文所述实施例的从气流中除去极性分子(例如水蒸气)的装置的顶部示意图的又一示例实施例；
图5示出了根据本文所述实施例的从气流中除去极性分子(例如水蒸气)的装置的顶部示意图的又一示例实施例。
本领域技术人员将理解，图中的元件是为了简单和清晰而示出的，并且可能没有按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸相对于其他元件可以被夸大，以帮助改进对本公开的各种示例性实施例的理解。
在整个附图中，应注意相同的参考编号用于描述相同或相似的元件、特征和结构。
具体实施方式的详细说明
尽管为了清楚起见，在下面的描述中使用了特定术语，但是这些术语意在仅参考在附图中被选择用于说明的本发明的特定结构，并且无意定义或限制本发明的范围。
在说明书中，对结合实施例描述的特定特征、结构、特性或功能的“一个实施例”或“一实施例”部件的引用，包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都指同一实施例。
在下面的描述中，为了说明而不是限制的目的，阐述诸如特定架构、接口、技术等的特定细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将清楚地看到，本发明可以在背离这些特定细节的其他实施例中实施。也就是说，本领域技术人员将能够设计各种布置，尽管这里没有明确描述或示出，但是这些布置体现了本发明的原理，并且包含在本发明的精神和范围内。在一些情况下，省略了对众所周知的设备、电路和方法的详细描述，以免以不必要的细节来模糊本发明的描述。本文中叙述本发明的原理、方面和实施例的所有陈述，以及其具体示例，旨在包括其结构和功能等效物。此外，此类等同物包括当前已知的等同物和将来开发的等同物，即开发的执行相同功能的任何元件，而不论其结构如何。
因此，例如，本领域技术人员将理解，本文中的框图可以表示体现技术原理的说明性电路的概念视图。类似地，应当理解，任何流程图、状态转换图、伪代码等表示各种过程，这些过程可以在计算机可读介质中被基本地表示，并且由计算机或处理器执行，无论该计算机或处理器是否被显式地示出。
因此，仍然需要一种设备或技术，这种设备或技术可作为一种成本可行、效率高和环境友好的解决方案，用于工业和住宅用途的空气除湿。该装置还能够从气流中去除一些极性污染物、烟雾和部分灰尘。
本文中的本实施例提供一种除湿器和空气净化器，其通过介电电泳和电流体力学原理从气流中除去极性分子，例如水蒸气。本文所公开的方法、装置或装置的用途可以更广泛，不仅限于去除空气中的水蒸气，而且还可以适用于去除任何其他类型的极性分子，如少数极性污染物、烟雾和其他气流中的部分灰尘。现在参考附图，更具体地从图1到图4，其中类似的参考字符一致地表示贯穿附图的对应特征，示出优选实施例。
图1示出了根据本文所述实施例的从气流中除去极性分子(例如水蒸气)的装置的前示意图。装置2包括非导电壳体4、第一风扇6、导线网10、安装在电介质保持架14上的一组金属刷12、一组支架16、高压电源18、一组导体20和电阻器22。
在一个实施例中，使用对金属刷12具有正极性的电源18施加高电压，并且负极性或接地到丝网10，附近的空气被电离。由于极性相反(如图2所示)，生成的相应离子作为离子流26向丝网10移动。
在一个实施例中，每个离子都携带一定数量的极性分子，因为它们的极性，这种现象被称为离子的水合作用。因此，当空气离开装置2时，第一风扇6吸入的空气将失去一些极性分子的含量。在一个实施例中，使用一组导体20将电源端子连接到金属刷12和丝网10。
在一个实施例中，提供了电介质保持架14和非导电壳体4，以确保不会发生寄生电晕释放。已提供电阻器22以在过载情况下限制系统中的电流。提供了一组支架16，以引导气流在与金属刷12适当距离处流动。
在一个示例实施例中，提供了空气过滤器8以防止刷电极上的灰尘污染。金属刷12可涂有氧化铁或氧化铝或任何其他催化剂，以使任何生成的臭氧分解为氧。在一个示例实施例中，紫外灯可另外用于防止装置2中臭氧的形成。在一个示例实施例中，可以另外使用电喷雾来增加离子密度，从而增加水合作用。
图2示出了根据本文所述实施例的从气流中除去极性分子(例如水蒸气)的装置的顶部示意图。装置2还包括位于第一风扇6顶部的空气过滤器8。已提供空气过滤器8以防止刷电极上的灰尘污染。进气流24如装置2所示。
在一个实施例中，当空气在连接到电源18的一系列金属刷12和丝网10之间通过时，利用高梯度电场和空气电离来重新分配极性分子，以使极性分子漂移。每个离子收集一定数量的极性分子，离子在高梯度场中流向相反的带电电极，并将分子从空气中除去。分子将通过丝网10排出。第一风扇6通过空气过滤器8将空气吸入装置2。
在另一个实施例中，对于带有或不带有极性分子的空气，可能有两个单独的气流。释放空气(含极性分子)的速度将高于未经处理的空气(不含极性分子)，以便具有适当的压力梯度以去除极性分子。
在又一个实施例中，可以有连接到安装在金属刷12的另一端的负极的附加网或板。然后将中间网接地，以提供额外的电位梯度，有效地去除极性分子。
图3示出了根据本文所述实施例的从气流中除去极性分子(例如水蒸气)的装置的顶部示意图的示例实施例。工作原理与图1中所述基本相同，使用电源18和导体20施加高压，加在安装在电介质保持架14的金属刷12和丝网10上。
此外，在支架16的帮助下，第一风扇6吸入的一定量的空气可能被强制通过受限空间28。由于速度和流动面积的差异，受限空间28中的气压将低于空间30中的气压。空间28和30之间的这种压力梯度将有助于更有效地驱动离子流通过网10。离子流将与极性分子一起通过受限空间28释放。在一个实施例中，非导电壳体4和电介质保持架14防止寄生释放(parasitic discharge)。
图4示出了根据本文所述实施例的从气流中除去极性分子(例如水蒸气)的装置的顶部示意图的又一示例实施例。工作原理基本上类似于图1所述，其中使用电源18和导体20跨安装在电介质保持架14上的金属刷12和丝网10、31施加高压。
在一个示例性实施例中，丝网10可以连接到地电位，而丝网31可以连接到负极性，以使得能够以更高的电位梯度更有效地去除极性分子。
此外，还有一个排气扇32来产生气流33来排放极性分子。在一个实施例中，可以使用漏斗34适当地引导气流33，以确保极性分子的最大释放和与进气流24混合的最小气流。气流33可能比进气流24具有更高的速度，以产生附加的压力梯度(由于速度差)，以便在离子流26下有效地释放极性分子。在一个示例实施例中，空间35的横截面积应小于空间36的横截面积；这是为了利用离子流26为极性分子的有效释放创造额外的压力梯度(由于速度差)。
图5示出了根据本文所述实施例的从气流中除去极性分子(例如水蒸气)的装置的顶部示意图的又一示例实施例。工作原理基本上类似于图1所述，由此使用电源18、导体20和电阻器22，可以在金属刷12和弯曲丝网40上施加高压。在一个实施例中，金属刷12可安装在电介质保持架14上。然后，金属刷12安装在绝缘圆筒41上。金属刷12可以彼此以一定角度放置。
在一个实施例中，电源18的另一端子可以连接到具有附加多层更细的网衬片的金属弯曲丝网40。在一个实施例中，更细的网内衬板可以由纤维材料制成，该纤维材料用作灯芯。带有细网衬片的弯曲丝网40确保由第一风扇6产生的进气流24不容易从弯曲丝网40中排出，并且允许进气流24留在装置2内。
在一个实施例中，在弯曲丝网40的相对侧上设置了弯曲实心壁39，以允许进气流24的平滑通过并确保对金属刷12的最小冲击。在一个实施例中，排气扇37设置在弯曲丝网40的后面或附近，以产生排出气流38，该排出气流38将离子流26连同极性分子一起排出装置2。
因此，装置2产生净化空气42，而不存在像水蒸气这样的极性分子。在一个示例实施例中，弯曲丝网40和绝缘圆筒41之间的距离可以根据装置2的配置来增加或减少，其中配置可以包括但不限于电压、电流、金属刷等的几何形状和设计以及设备中使用的材料。
本发明的有利实施例是提供一种成本可行、能耗低、效率高、环境友好且维护成本低的装置，以从气流中除去水蒸气，这样的装置优点不存在于任何目前的此类装置中。
在一个实施例中，装置2通过对周围空气进行除湿来减少或消除霉菌生长的问题，而现有技术没有教导。
在一个示例实施例中，装置2提供了一种不使用有害制冷剂的空气除湿的可持续解决方案和一种成本可行的、低能耗的空气除湿方法，该方法不是由现有技术传授的。
在本发明的另一个目的中，提供了一种低操作和维护成本的空气净化器，该空气净化器能够在不使用膜的情况下从空气中去除极性污染物、烟雾和部分灰尘。这在现有技术中未教导。
一种方法和装置，通过在两组具有高电位差的电极之间通过气流，从气流中除去极性分子，如水蒸气。经过的空气在其中一个电极附近电离，相应的离子将空气中的偶极性质分子和其他带电粒子带到另一个电极上，在那里它们被释放。在一个实施例中，除了电位差之外，还产生压力梯度，以使水蒸气去除过程更有效。因此，该去除水蒸气的方法和装置也可用于去除各种其它气流中除水蒸气之外的不同极性分子。
上述对具体实施例的描述将充分揭示本文中实施例的一般性质，使得其他人可以通过应用当前的知识，在不脱离一般概念的情况下容易地修改和/或适应各种应用，并且，因此，这种修改和修改应当并且意在在所公开的实施例的等同物的含义和范围内理解。应理解，本文使用的措辞或术语是为了说明而非限制。因此，虽然本文中的实施例已经根据优选实施例进行了描述，但是本领域技术人员将认识到，可以在精神和范围内通过修改来实践本文中的实施例。

Claims (4)

1.一种从气流中除去极性分子的装置，所述装置包括：
封装腔室(5)的非导电壳体(4)，腔室(5)包括第一端和第二端，其中腔室(5)包括：
位于腔室(5)的第一端的第一风扇(6)，其允许进气流(24)进入腔室(5)；
至少一个金属刷(12)，位于腔室内部，安装在电介质保持架(14)上，其中所述至少一个金属刷(12)在充电时电离进气流(24)以产生离子流(26)；
与非导电壳体(4)集成的弯曲实心壁(39)，其中弯曲实心壁(39)允许进气流(24)从腔室(5)平滑通过，并确保对所述至少一个金属刷(12)的最小冲击；
弯曲丝网(40)，与弯曲实心壁(39)相对并与非导电壳体(4)集成；其中，所述弯曲丝网(40)包括由纤维材料制成的一层或多层的细的网内衬板，该一层或多层的细的网内衬板适于用作灯芯；
为所述至少一个金属刷(12)和弯曲丝网(40)充电的电源(18)，其中所述至少一个金属刷(12)在充电时电离进气流(24)以产生离子流(26)，有助于从进气流(24)移除极性分子以在所述腔室(5)的第二端产生净化空气(42)；
还包括设置在所述弯曲丝网(40)的后面或附近的排气扇(37)以产生排出气流(38)，该排出气流(38)将离子流(26)以及极性分子排出装置；该一层或多层的细的网内衬板确保由第一风扇(6)产生的进入的进气流(24)不容易从弯曲丝网(40)中排出。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个金属刷(12)以一定角度安装在绝缘圆筒(41)上。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，第一风扇(6)的前面是空气过滤器(8)，以防止装置中的灰尘污染。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述弯曲丝网(40)和所述绝缘圆筒(41)彼此之间的距离根据所述装置的配置而增大或减小，其中所述配置包括以下参数中的至少一个：电压、电流、金属刷(12)的几何结构和设计以及所述装置中使用的材料。
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