CN111974550A - 静电空气过滤器 - Google Patents

Abstract

一种用于静电除尘器的过滤器，包括：多个间隔开的具有电导率的电极膜，布置为以高电位和低电位交替供电，所述电极膜中的每一个具有前边缘、后边缘和在前边缘与后边缘之间沿气流方向延伸的两个相对的侧边缘；多个间隔开的第一刚性隔离构件和多个间隔开的第二刚性隔离构件分别结合到多个电极膜的前边缘和后边缘中的每一个，其中每个隔离构件经由隔离构件的实质连续的、优选平坦的表面结合到前边缘或后边缘中的至少一些，由此将电极膜固定在所需的间隔开的电极膜的布置中。

Description

静电空气过滤器

技术领域

本发明涉及一种过滤器，其操作和设计基于静电除尘原理，尤其涉及一种适用于静电除尘器的空气过滤器。

背景技术

静电除尘器有各种尺寸和形状，并被广泛用于工业、商业和家用应用。例如，在工业上，它们被用于从燃煤电站的热废气中去除悬浮颗粒。在广泛的化学工业中，它们被用于清洁冷热气流。静电除尘器的大多数商业应用和所有家用应用都用于清洁环境空气中的不良“污染物”颗粒。

如本领域中众所周知的，静电除尘器有两级。在第一级或第一段中，使气流中的污染物或其他不良颗粒带电。在第二级或第二段中，使用适当的过滤器来捕获所述带电颗粒的一些，并将其从气流中去除。对带电颗粒进行捕获的水平限定了除尘器的效率，范围通常可以为80％至99.9％，在除尘器位置的空间约束很少或根本不存在的环境中可以实现这些较高的效率，例如，在燃煤电站的烟囱里。

静电除尘器的第二级或第二段通常包括一组平行的导电板(电极)，该导电板(电极)设计用于捕获带电颗粒。通常将所述板的交替板布置为在比较高和比较低的电位下操作。低电位板通常处于接地电位，因此通常被称为“接地板”或“接地电极”。举例来说，如果高电位板在例如+6kV下进行供电，并且低电位板保持在接地电位(0kV)，则借助于电场，在板之间穿过的气流中带正电的颗粒将被吸引并朝向相邻的接地板移动，这些带正电的颗粒在接地板处被捕获。所述捕获的颗粒上的正电荷将转移到接地板，并作为电路的一部分流动。

如本领域中众所周知的，使用静电除尘器去除带电颗粒的效率是多个变量的函数，包括：

(1)颗粒上的电荷量；

(2)颗粒的尺寸；

(3)板之间的电场强度；

(4)流过板的空气的速度；

(5)在气流方向上测量的板的深度；

(6)相邻的带相反电荷的板之间的距离。

从理论上讲，可以通过适当更改这些变量来实现非常高的效率(99.9％左右)。

实际上，许多应用要求高效的颗粒过滤。例如，世界上许多主要城市中的外界空气中通常含有可吸入的细颗粒碳，这是由于周围行驶的车辆中的燃料的不完全燃烧所导致的。这种外界空气可能导致在城市中穿行的人们的呼吸系统问题，但也可能渗入房屋、公寓和其他住宅以及工作场所。

通常需要对商业建筑物和办公室中的循环空气进行调节，以便使温度保持在舒适的水平。此外，建筑物内人员和设备产生的二氧化碳、气味和挥发性有机化合物的水平会累积，因此需要从外界引入“新鲜空气”以将这些污染物保持在较低水平。然而，这种“新鲜空气”通常携带有害颗粒，在上述主要城市中尤其如此，因此在将这种空气引入循环空调系统之前，对其进行清洁是很重要的。

通常，在有人居住的建筑物中，要求以99％或更高的效率从可吸入的空气中去除有害健康的颗粒。尽管从理论上讲是可能的，但实际上，在这种环境中要实现高效率存在限制，在处于这种约束之下的气流的方向上过滤器深度通常较小。

举例来说，位于家用管道式空调系统内的使用静电除尘原理的典型的电子空气净化器(例如美国的)，其空气速度通常为1至3m/s。这种系统具有过滤器，过滤器包括作为电极的间隔开大约5mm的金属板，在使用中，可以在板上施加大约6kV的电压。沿气流方向的板的深度大约为75mm。这种系统在0.3微米的颗粒直径下只能提供90％的过滤效率，即“低”效率。

另一个示例是“微型分体式(mini-split)”或“壁挂式(high-wall)”空调系统，其中静电除尘过滤器以1.5m/s的空气速度操作，在沿气流方向的最大过滤器深度方面具有15mm或更小的空间约束，同样会导致通常为90％的“低”效率。

为了提高这种“低”效率，反过来回到上面讨论的效率变量中的每个效率变量：

(1)可以通过在充电电极上提供更高的电压和电流来增加颗粒上的电荷。然而，在提高效率方面，任何通过这种方式的增加都是微不足道的，并且不希望增加有毒的臭氧。

(2)关于颗粒的尺寸，实际上通常无法对此进行控制，并且效率测量通常针对最难捕获的颗粒尺寸，通常约为0.3微米直径。

(3)所施加的电压可以增加到超过6kV，这将增加电场强度，并因此提高效率。但是，增加电压可能会导致板之间的电弧击穿，特别是在电场强度最强的板边缘处。

(4)关于空气速度，约束通常由空调系统限定。因此，即使可以在较低的空气速度下实现“高效率”，但由于系统以空气调节设计预先确定的空气速度操作，该操作目前也尚不可行。

(5)增加沿气流方向的板的深度将显著提高效率，例如，将上述管道式空调系统的深度从75mm增加到150mm可以将效率提高到99％的期望值，但是问题随之而来。首先，过滤器本身的深度将翻倍，这可能由于系统尺寸约束而使过滤器无法使用。其次，在人类居住空间中所采用的空调系统中，通常对部署空气过滤器的可用空间施加了约束，25mm或更小的“小”过滤器深度允许包括未进行大量产品的重新设计的此类过滤器。第三，金属板过滤器的重量将翻倍，这也意味着过滤器材料成本的增加。

(6)可以减小板之间的距离，以获得期望的99％效率值，在上述管道式空调系统中，距离可以减半至2.5mm。在该距离下，将所施加的电压保持在6kV，但很可能产生电弧问题。电压将需要降低到例如3kV，由此保持板之间的原始场强。此外，由于颗粒到板的距离较短，因此尽管这种布置可以导致期望的百分比效率，但是构造这种布置将涉及组装两倍多的金属板，这在组装时间方面是昂贵的。另外，最终的过滤器的重量将是原来的两倍，并且还会增加材料成本。此外，随着板空间密度的增加，通过过滤器的压力降将更高。

如本说明书前面所述，静电除尘器广泛用于工业、商业和家用应用，每一种应用都需要不同的方法来隔离电极板。

两组板(高电位板和接地板)之间的电隔离对于静电除尘器的功能非常重要。两组板之间的任何显著的电流泄漏都将导致板之间的电压降低，从而导致颗粒捕获效率下降。(这是因为电压是由具有固有内部电阻的高压发生器提供的。随着泄漏电流的增加，由于内部电阻两端的电压降，高压发生器的端电压将下降。但是，如果高压发生器电压稳定，则功耗将随着泄漏电流的增加而增加，从而需要更昂贵的电源设计，并且当达到最大可交付电流时，电压将下降或引起过滤器效率降低)。

静电除尘器中的电流泄漏有两个主要原因。

首先是由于沿着连接两组不同极性板的表面的泄漏电流。该电流取决于板之间的电压、泄漏距离的长度以及电流经过的表面膜的导电性。当“脏”空气流过静电除尘器时，随着时间的流逝，诸如灰尘颗粒和其他碎屑之类的污垢不可避免地会堆积在这些表面上。大多数污垢具有显著的导电性，这意味着随着沉积的污垢在表面上堆积，泄漏电流将增加。促使电导率增加的另一个因素是水。沉积的污垢受到空气湿度变化的影响。在高湿度下，由于对来自流经污垢膜的潮湿空气的水分的吸收，污垢膜变得更具导电性，这也增加了泄漏电流，降低了板两端的电压，并因此降低了过滤器效率。

第二是由于电晕放电。如果根据操作电压在板之间维持最小距离，则当板是新的和清洁的时，板之间很少或没有电晕放电。当集尘器板积聚污垢时，沉积的污垢的收集物中的凸起特征会发生电晕放电，这使局部电场强度增加到电晕放电的点火点。随着板变得更脏，该电流会增加到需要将板定期清洗干净的程度。污垢沉积在板的前边缘上是一个特殊的问题，因为板边缘上的场强通常高于板之间的场强。这些边缘上的电晕放电会进一步增加泄漏电流。电晕的影响还在于发射与带电污垢颗粒极性相反的离子，随后两者之间的碰撞将减少或去除颗粒电荷，从而降低效率。

图1A示出了受到这两个主要泄漏原因中的每个原因影响的现有技术的过滤器10。过滤器10包括集尘器板(电极)11，其被拆分为两个交替的组：布置成以高电位供电的那些板11a和布置成以低(或接地)电位供电的那些板11b。集尘器板11被保持在过滤器的壁13的绝缘材料的凹槽或狭槽12中。悬挂的板11必须足够坚硬或刚硬，以及足够厚，以在壁13之间的间隙G上搭桥而在向它们施加高电压时不变形。因此，对于150mm的典型间隙G，这种悬挂板通常由厚度至少为0.2mm的金属制成。沿着表面的泄漏电流取决于壁13处的板11之间的距离D和沉积在壁13上的污垢(未示出)的量。

为了降低板11的边缘处电晕发射引起电流泄露的可能性，将板11保持在过滤器的壁13中的狭槽12中，如图1A所示，一种常用方法是“形成阶梯”或将板的高压组11a和接地组11b的相对位置进行移位。如图1B所示。因为高电位板11a的边缘14a与接地板11b的边缘14b之间的距离大于两组板在顶端彼此对齐的情况(如图1A所示)，所以所述边缘处的场强较小。

还已知降低板边缘处电晕引起泄漏电流的其他替代方法，包括Loreth等人在US5766318中描述的方法。

在家用/商用静电除尘器中使用的另一种标准过滤器设计如图2A、图2B和图2C所示。过滤器20包括金属板(电极)21，其被拆分为两个交替的组：布置成以(高电压)供电的那些板21a和布置成以低(或接地)电压供电的那些板21b。两组板21a、21b均设置有两种不同尺寸的孔，即大尺寸L和小尺寸S，并以规则的间隔围绕其周边排列。将孔布置为使得板21a中的大孔L与板21b中的小孔S相对应，反之亦然；当所述板对齐时，所有板21中的孔彼此配准(register)。一系列金属杆22固定到绝缘基板23中，该绝缘基板23的面积大小与集尘器板21的面积大小相同。

沿板21的长边缘的成对的相邻金属杆22之间的距离约为125mm。由于金属板21(厚度约为0.5mm至1.0mm)的刚度，因此相对较大的距离是可能的。成对的相邻金属杆22之间的距离大于125mm将允许板21在其自身重量下弯曲。这是不可接受的，因为整个过滤器20的结构将不稳定，并且将不能支撑板21之间的电力，在这种情况下，板21之间的距离可能减小到发生电晕或其他放电的程度，或者板甚至可能接触而导致短路。

在集尘器板21a、21b中交替的大L孔和小S孔的“配准”布置允许板在金属杆22上一个接一个地组装。每个板21a、21b使用一系列间隔件支撑，例如金属间隔件24，金属间隔件24的直径使得其不能穿过小孔S，但可以穿过大孔L而不与大孔L的圆周接触，由此避免与相反极性的板接触。第一板21b以相同的方式与绝缘基板23分离，即使用一系列的间隔件24。这种总体构造意味着两组板21a、21b在机械上和电气上都是分离的。过滤器20的相邻金属板21之间的分隔距离在7mm的区域内；沿气流方向的板21的深度(图2C中的箭头所示)通常为75mm，在0.3微米颗粒直径下过滤效率为90％。

为了清楚起见，图2A和2B仅示出了三个集尘器板21，然而，本领域技术人员将理解，实际上，过滤器将具有许多板，如图2C中部分地示出，所有这些板均以与参考图2A和2B所述的方式相同的方式组装。

作为备选，在图3A和图3B的过滤器30中示出了一种已知的集尘器板隔离的方法。过滤器30包括集尘器板(电极)31，其被拆分为两个交替的组：布置成以高电位供电的那些板31a和布置成以低(或接地)电位供电的那些板31b。由绝缘材料(例如塑料材料)形成并且具有梳状结构的组件32a、32b，即在其间包含有具有间隙34的单个“齿”33，沿着过滤器30的一个面分别支撑高压板31a或接地板31b。从图3A和图3B中可以看到，“梳子”32a、32b具有相同的轮廓，但是彼此错开了一个梳子齿距的一半，使得图3A所示的“梳子”32a仅支撑并间隔高压板31a，而图3B所示的“梳子”32b仅支撑并间隔接地板31b。在两种情况下，“梳子”32a、32b的齿33在其尖端处均设有凹部35以夹持被支撑的板，而相邻的间隙34容纳交替的板而不与之接触。

由此，图3A示出了高压板31a被“梳子”32a的齿33中的凹部35夹持和支撑，而接地板31b通过与齿33相邻的容纳间隙34进行电隔离和物理分离。类似地，接地板31b被一个或多个相邻的“梳子”32b的齿33中的凹部35夹持并支撑，而高压板31a通过与齿33相邻的容纳间隙34进行电隔离和物理分离。因此，集尘器板31在拓扑上和电气上保持分离，从而减小了泄露电流。本领域技术人员容易理解的是，“梳子”32a、32b的这两种变型可以增加为多个并在过滤器30的面上交替地放置，以在过滤器30的整个宽度上支撑板31。还将容易理解的是，将类似的梳子组放置在过滤器的相对面上，以提供对高压板和接地板的完全支撑。

这种特殊的板隔离方法(即使用“梳子”)在低至2mm的板分离距离时能很好地操作。但是，在小于2mm的距离上会遇到很大困难。首先，塑料“梳子”将需要用更薄的塑料材料模制，以便不干扰或接触另一组板。结果是，“梳子”的固有强度降低，使得其无法充分对板进行支撑。其次，“梳子”的塑料材料现在更靠近另一组板，并且随着污垢在“梳子”表面(即齿的表面和介于之间的间隙)上堆积，减小了带相反电荷的相邻板之间的间隙，并增加这些脏梳子表面和邻近的相反极性电极之间的电场强度，将促使电晕泄漏电流产生并降低过滤器的效率。

应注意，在图2A、图2B、图2C以及图3A和图3B所示的已知过滤器中，两族不同的电位板保持分离。因此，相反极性的板之间的泄漏路径从图1A中(甚至图1B中)所示的过滤器的多个小间隙减少到两族支撑杆或梳子固定在一起的板堆叠的顶部和底部处的单个路径。

然而，在高湿度和/或高污垢沉积水平的情况下，即使两族不同电位板的这种分隔也会在两族支撑杆或梳子本身刚性固定在一起以提供刚性过滤器的点处引起不希望的泄漏电流水平。然后，电流将从一种极性的每个电极板或电极膜流到它们一族的支撑杆或梳子上，即与该组电极板或电极膜直接电接触的支撑杆或梳子，沿着这些杆或梳子的脏表面流到与其他族的支撑杆或梳子的连接处，因此类似地，沿着第二族的支撑杆或梳子流到电极板或电极膜的相反极性的族。

只要相邻板(即板分离)之间的距离为2mm或更大，图1A至图3B所示的上述每个过滤器结构就都是合适的。然而，对于小于2mm的板分离，在制造和长期隔离方面出现困难。

随着板分离的减小，板的数量将需要增加。在2mm或更小的分离距离处，用于实际空调过滤器的板的数量将变得太大，从而由于板的平面度(即每个板理想上是多平整)的微小变化以及由于板的刚性不足而导致的变形而无法与隔离壁中的对应凹槽对齐(如果采取图1A、图1B、图3A或图3B所示的构造)，由此阻止各个板正确地与支撑杆或隔离壁中的对应凹槽对齐，如在电极堆叠上设置梳子时那样对齐。与图2A至图2C所示的过滤器结构类似，金属间隔件的数量和间隙公差使得组装紧密间隔的过滤器非常困难。

尽管存在诸多上述问题，但提供板分离距离小于2mm的过滤器仍具有优势，因为它可以在相对较薄(沿气流方向)的过滤器(例如深度15mm的过滤器)中实现“高”过滤效率(99％左右)。因此，先前已经尝试提供这种过滤器，并且以Gaylord W Penny的署名在某些专利中进行了描述，例如US2948353和US4861356。

然而，由于在提供合适的电隔离时遇到的困难(如上所述)，导致操作中的故障和/或需要对过滤器进行过于频繁和费时的清洗，因此很少有(如果有的话)具有颗粒捕获过滤器的静电除尘器(a)其中板分离小于2mm，并且(b)已成功长期操作(即在清洗之前操作了一年或更长时间)。

根据发明人对该技术领域的当前状态的详细理解，该技术领域的当前状态是在以“高”(99％或更高)效率和气流方向上较小深度(15mm或更小)操作的静电空气过滤器的设计和构造中，难以物理支撑和电隔离板分隔为2mm或以下的紧密间隔的板/电极。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于静电除尘器的改进的空气过滤器，其中至少缓解许多(如果不是全部)上述问题和设计问题。

发明的第一方面

因此，在本发明的第一方面中，提供了一种用于静电除尘器的过滤器，所述过滤器包括：多个间隔开的具有电导率的电极膜(板)，布置为以比较高的电位和比较低的电位交替供电，每个所述电极膜具有前边缘、后边缘和在前边缘与后边缘之间沿气流方向延伸的两个相对的侧边缘；以及多个间隔开的第一刚性隔离构件和多个间隔开的第二刚性隔离构件，分别结合到多个电极膜的前边缘和后边缘中的每个前边缘或后边缘，其中每个隔离构件经由隔离构件的基本连续的、优选平坦的表面结合到所述前边缘或后边缘中的至少一些前边缘或后边缘，从而将电极膜固定在所需的间隔开的电极膜的布置中。

将每个电极膜结合到多个隔离构件(借助于每个隔离构件中包括的基本连续的、优选平坦的表面)提供了所需的电极膜的间隔开的配置，而无需使用间隔元件或可能在现有技术的过滤器中需要的其他的此类附加元件。这种结合为过滤器提供了整体刚性和结构完整性。每个隔离构件结合到电极膜的前边缘和后边缘中的至少一些前边缘或后边缘，以允许以比较高的电位和比较低的电位对电极膜交替供电，并且允许仅跨越整组电极膜的子集(尽管任何隔离构件都可以跨越整组电极膜)。

“基本连续的表面”是指该表面基本上不间断，尽管可能包括起伏。“基本平坦的表面”是指该表面没有设置可以用于支撑或夹持电极膜的任何齿状、手指状或其他的此类元件；在平坦的表面上可以存在起伏或其他缺陷，但这些都落入本说明书中“基本平坦”的定义内。换句话说，应该理解的是，使用结合作为唯一固定方法来将两组电极膜或电极板(分别以比较高的电位和比较低的电位交替供电)固定在位置上。如现有技术中所使用和描述的那样，本发明根本不需要外部“梳子”、“机架”或具有“夹持”或以其他方式夹紧电极膜的装置的任何其他类似组件，并且当与所想到的紧密间隔的电极板或电极膜一起使用时，反而会有害，仅结合即可，“由此”将电极膜固定在所需的间隔开的电极膜的布置中。

在某些情况下，电极膜可以是金属的，可选地包括两种或更多种金属的合金。这种电极膜将具有固有的电导率。

在其他情况下，电极膜可以是非金属的，但仍具有电导率(下文将更详细描述)，以使它们发挥其预期的功能。在这些实施例中，将每个电极膜结合到多个隔离构件将进一步克服在施加2kV/mm或更大的电场时可能另外发生的非金属电极膜的挠曲的任何增加。

在其他情况下，如果安装过滤器的环境确定这种布置是最佳的，则一些电极膜可以是金属的(如上所述)，而一些电极膜可以是非金属的(如上所述)。

使用不同的构造以及与设计用于静电除尘器的传统空气过滤器不同的材料(在使用非金属电极膜的情况下)实现了“高”效率过滤(例如，在0.3微米的颗粒直径下为99％)。

电极间距

优选地，相邻电极膜之间的间距可以等于或小于2mm，并且进一步优选地等于或小于1mm。因此，相邻电极膜之间的间距可以在0.1mm至0.8mm的范围内，更优选在0.25mm至0.75mm的范围内。在一个实施例中，相邻电极膜之间的间距可以是0.5mm。

电极厚度

因此，每个电极膜可以具有等于或小于0.5mm的厚度，优选地等于或小于0.25mm。每个电极膜可以具有范围在0.01mm至0.1mm的厚度。

电极深度

优选地，每个电极膜可以具有等于或小于50mm的深度，即沿气流方向的尺寸，并且进一步优选地等于或小于40mm。因此，每个电极膜可以具有在5mm至30mm的范围内的深度，更优选地在10mm至25mm的范围内。这样，可以提供相对较“薄”的过滤器的深度(即沿气流方向延伸)，例如15mm的深度，当在1-3m/s的区域气流中操作时是有效的。

电极材料

在本发明的过滤器中，板是：(a)具有固有电导率的金属电极膜；(b)具有电导率的非金属电极膜，即它们可以包括一种或多种金属(例如铝或其他导电材料(例如碳))作为次要成分，但它们由主要成分是金属以外的材料制成；或(c)一些是金属电极膜，而一些是非金属电极膜，优选以交替的方式设置。

在所使用的厚度(例如0.1mm)处，此类板(a)、(b)或(c)可以是固有的刚性的或具有某种程度的柔性，但是在施加2kV/mm或更大的电场而不进行支撑时，可以表现出一些挠曲或表现出挠曲增加。这是选择膜材料时不想要的结果(针对其他固有优势而选择的膜材料，例如膜厚度)，但本发明的过滤器的设计考虑并克服了这个结果。这与许多现有技术的过滤器相反，在现有技术的过滤器中，设置有较厚的(例如0.5-1mm)金属电极/板，这些电极/板是固有的刚性的，并且即使在施加2kV/mm或更大的电场时也保持不变。

金属电极

因此，在一些情况下，一个或多个电极膜可以是金属箔或金属片的形式。合适的示例包括不锈钢箔、铝箔和钛箔。本领域技术人员将能够容易地确定哪些其他此类金属箔材料可用于根据本发明的过滤器中。无论选择哪种材料，所使用的箔的厚度都将由所选材料的刚度或柔性确定(在上述限制范围内)。

非金属电极

在其他情况下，一个或多个电极膜可以由电极膜中和/或电极膜上具有导电颗粒的聚合物材料制成。在一个实施例中，一个或多个(优选两个)电极膜可以由碳载聚丙烯制成。可以替代地使用具有合适刚度的任何其他可商购获得的塑料膜。合适的导电颗粒包括碳和石墨烯。

附加地或备选地，一个或多个电极膜可以由在其一个面或两个面的至少一部分上设置有涂层、油墨或涂料的聚合物材料制成。所述涂层、油墨或涂料可以是导电的或半导电的。在一个实施例中，一个或多个电极膜(优选两个)可以由在其一个面上具有铟锡氧化物(ITO)涂层的塑料膜制成。在另一个实施例中，一个或多个电极膜(优选两个)可以由在其一个面上具有碳载油墨涂层的塑料膜制成。

优选地，涂层、油墨或涂料可以从一个或多个电极膜的前边缘和后边缘中的每个前边缘或后边缘凹入，以便在每个所述边缘与涂层、油墨或涂料之间形成间隙。这种配置可以提供改进的电隔离水平，尤其是当污垢堆积在电极膜的前边缘上时，由此降低边缘处电晕放电的可能性。

进一步优选地，涂层、油墨或涂料与电极膜的前边缘之间的间隙可以大于涂层、油墨或涂料与电极膜的后边缘之间的间隙。这很重要，因为对于许多应用，必须将沿气流方向的电极深度减至最小，因此在更脏的前边缘处提供更大的隔离(借助于比较大的间隙)，而在经受经过滤的空气气流并因此而呈现较少污垢堆积的后边缘处提供较小的隔离(借助于比较小的间隙)，可能是可取的。

结合

可以使用在应用后凝固(例如可能是固有的快速凝固的，或者可能需要UV固化的)的任何流体或半流体材料(结合手段(bonding means))来实现将多个间隔开的第一刚性隔离构件和多个间隔开的第二刚性隔离构件中的每个刚性隔离构件结合到多个电极膜的前边缘和后边缘中的每个前边缘或后边缘。这种结合手段的合适的示例包括：聚合树脂、热固性树脂、粘合剂、胶水、热熔粘合剂、蜡和本领域技术人员所知晓的其他类似材料。

电极中的凹口

有利地，可以在多个电极膜的前边缘和后边缘中的每个前边缘或后边缘中设置一系列凹口，并且其中多个第一隔离构件和多个第二隔离构件可以结合到所述凹口之间的所述边缘。这种配置可以允许电极膜的高电位组和低电位组中的每个组被独立地支撑和间隔，由此最小化表面泄漏电流路径。

应当理解，这些凹口决不提供将电极固定到隔离构件的方式。每个凹口仅在一种极性的电极膜的边缘(例如高电位板)中提供间隙，以容纳(而不进行任何接触)隔离构件，该隔离构件结合到极性相反的每个相邻电极膜(例如低电位板)的对应边缘的无凹口部分。结合(手段)以合适的支撑和放置方式对电极板或电极膜单独提供固定。

优选地，当沿气流方向观察时，前边缘中的所述凹口可以从后边缘中的凹口偏移。备选地，还是沿气流方向观察时，前边缘中的凹口可以与后边缘中的凹口直接相对。在任一种情况下，相邻的电极膜可以彼此偏移，使得每隔一个电极膜中的凹口沿着前边缘和后边缘中的每个前边缘或后边缘彼此对齐，使得多个第一隔离构件仅结合到一种极性的电极膜，而多个第二隔离构件仅结合到相反极性的电极膜，因此保留了两种极性电极族之间的隔离。在某些过滤器设计中，可能优选使凹口交错以为电极膜提供更多的机械支撑。

电极中的狭槽

优选地，可以在多个电极膜的前边缘和后边缘中的每个前边缘或后边缘中设置一系列狭槽，每个狭槽限定凹入的边缘部分，并且其中多个第一隔离构件和多个第二隔离构件结合到所述狭槽的所述凹入的边缘部分，并且至少部分地被所述狭槽容纳。进一步优选地，多个第一隔离构件和多个第二隔离构件完全由所述狭槽容纳。

设置这种其中至少部分地(如果不是完全)容纳隔离构件的狭槽，意味着基于电极膜的深度，将沿气流方向的过滤器的总深度保持得尽可能小。换句话说，即使不能完全去除，也可以减轻由于设置了多个隔离构件而导致的对可能需要仔细控制的过滤器深度的任何负面影响。

有益地，一系列狭槽中的每个狭槽可以被设置为与上述一系列凹口中的至少一个凹口相邻。换句话说，可以沿着每个电极膜的每个长边缘延伸设置凹口，之后是狭槽，之后是凹口，之后是狭槽等。在电极膜的每个边缘中的凹口和狭槽的布置可以是彼此镜像的或可以彼此偏移。

为免生疑问，凹口与狭槽不同，并且不应混淆，它们执行不同的功能：每个凹口在一种极性的电极膜(例如高电位板)的边缘中提供间隙，以容纳(而不进行任何接触)结合到相反极性的每个相邻电极膜(例如低电位板)的对应边缘的无凹口部分的隔离构件；而每个狭槽提供凹入的边缘部分，隔离构件可以直接结合到该凹入的边缘部分。

注意，当两者都存在时，将在电极膜的无凹口区域中提供狭槽，即，尽管将凹口之间的区域描述为“无凹口”，但这并不排除所述区域包括狭槽，因此“无凹口”也不表示“无狭槽”。

此外，应该理解的是，这种狭槽不提供将隔离构件固定到电极膜的手段。电极膜到隔离构件的机械结合完全是由于结合而致，而绝不是由狭槽提供的，即，不存在由设置在电极膜中的狭槽形成的对隔离构件的“夹持”。

隔离构件

优选地，包括在过滤器中的多个第一隔离构件和多个第二隔离构件之一或两者中的一些隔离构件或全部隔离构件可以是杆、条(bar)、棒(baton)、棍(stick)或其他这样类似的组件或结构元件。进一步优选地，所述隔离构件可以以相互平行的布置进行设置。

优选地，隔离构件可以由诸如聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、ABS等的刚性塑料材料形成。

当至少一些电极膜是金属的时，隔离构件可以由诸如陶瓷材料之类的耐高温材料形成。

优选地，多个第一隔离构件和多个第二隔离构件之一或两者中的隔离构件可以通过上隔离框架构件和/或下隔离框架构件保持为间隔开的平行关系。换句话说，多个第一隔离构件和多个第二隔离构件之一或两者可以为包括各个隔离构件的隔离框架的形式，使得可以存在前边缘隔离框架和/或后边缘隔离框架。

备选地，多个第一隔离构件和多个第二隔离构件之一或两者中的隔离构件可以仅为诸如刚性粘合剂、树脂或其他类似材料之类的结合手段的线的形式。换句话说，隔离构件本身可以仅由结合手段形成，而不需要任何附加的结构组件。优选地，所述隔离构件可以以相互平行的布置进行设置。

因此，如前所述，应当理解的是，两组电极膜或电极板(根据本发明的第一方面，以比较高的电位和比较低的电位交替供电)被固定在位置上，即以所需的间隔开的电极膜或电极板的布置方式，使用例如诸如粘合剂之类的结合手段作为唯一的固定手段和方法。在第一实施例中，首先将诸如粘合剂之类的结合手段应用于隔离构件的连续的、基本平坦的细长表面上。然后将所述隔离构件定位成使得粘合剂与间隔的电极板或电极膜的边缘进行接触。如果需要的话，粘合剂接下来会凝固(或使其凝固、固化等)成固体，以将电极板结合并固定在位置上。

在第二实施例中，将诸如粘合剂之类的结合手段作为一系列粘合剂胶珠或连续沉积物直接应用于正确间隔的电极板或电极膜的临时保持(例如，借助于合适的夹具或间隔件等)阵列上。当结合手段随后凝固(或使其凝固、固化等)时，结合手段本身将形成多个刚性隔离构件。

无论根据第一实施例还是第二实施例来应用结合手段，当结合手段凝固(或使其凝固，固化等)时，在通过结合手段固定之前去除放置在电极板或电极膜之间用于维持电极板或电极膜的间隔开的关系的可移除的临时隔离件或临时夹具等，使具有结合的隔离构件的电极板或电极膜保持为正确间隔的自稳定结构。在本发明中，由于现有技术中所使用的梳状构件、框架中的夹持和/或定位凹口或通道等的缺点而根本不使用它们，特别是对于紧密间隔的电极板或电极膜。

框架构件中的狭槽

优选地，可以在上隔离框架构件和/或下隔离框架构件中设置一系列边缘狭槽，每个狭槽限定凹入的框架部分，并且其中隔离构件可以定位在所述狭槽之间。这样，可以增加狭槽之间的泄漏电流路径的长度。

为免生疑问，可以设置在隔离框架构件中的狭槽与可以沿着电极膜的长边缘设置的狭槽不同。对于前者，隔离构件位于所述狭槽之间；对于后者，隔离构件位于由所述狭槽限定的凹入的边缘部分中并结合到由所述狭槽限定的凹入的边缘部分。

刚性支撑板

优选地，可以与多个电极膜中的第一个电极膜和最后一个电极膜相邻且平行地设置第一对刚性支撑板和第二对刚性支撑板(即总共四个板)，第一对板中的每个板都在最外面，并且其中在多个第一隔离构件和多个第二隔离构件中的每组隔离构件中的交替隔离构件可以分别(a)结合到第一对刚性支撑板和(b)结合到第二对刚性支撑板。

换句话说，可以将多个电极膜“夹心在”两个刚性支撑板(形成第二对刚性支撑板)之间，并且将该“夹心结构”进一步“夹心在”两个另外的支撑板(形成第一对刚性支撑板，其在最外面)之间。

通过这种布置，在过滤器的每个上游面和下游面上，连续隔离构件在其每个端部处的结合将遵循第一对板、第二对板、第一对板、第二对板等的模式。

如其描述所暗示的那样，设置这种刚性支撑板是为了确保滤波器具有足够的整体刚度和结构寿命，并允许对每种极性的隔离构件进行分别支撑以最小化泄漏电流。

进一步优选地，可以在第二对刚性板中的每个板的最内表面上设置电极膜。这意味着原本平行且与第二对刚性板相邻的两个电极膜将被包括在每个所述“第二”刚性板本身中。注意，第一对刚性板没设置有这种电极膜。

连结隔离构件

有利地，可以设置附加的隔离构件，称为连结隔离构件，优选地以跨多个第一隔离构件和多个第二隔离构件的间隔进行设置，每个附加的隔离构件结合到第一对刚性支撑板和第二对刚性支撑板两者上。这种连结隔离构件的存在将为过滤器的整体结构提供附加的稳定性，并且将两族刚性支撑板连接起来以形成一个单个的稳定的过滤器。

在一些实例中，连结隔离构件可以设置在多个第一隔离构件和多个第二隔离构件两者的至少末端位置处，在多个第一隔离构件和多个第二隔离构件两者的每个端部处一个。换句话说，可以有许多连结隔离构件分布在过滤器的上游面和下游面上，其中四个处于“末端”位置，即在多个第一隔离构件和多个第二隔离构件中的每组隔离构件的端部处。对于被认为在垂直于气流方向上“较长”的过滤器，可以是这种情况。备选地，四个末端连结隔离构件可以是过滤器中存在的仅有的连结隔离构件。对于被认为在垂直于气流方向上“较短”的过滤器，可以是这种情况。

在过滤器的四个拐角中的每个拐角处存在这种末端隔离构件将(更进一步地)为过滤器的整体结构提供稳定性，并且将两族刚性支撑板连接以形成一个单个的稳定的过滤器。

遮挡件

根据本发明的过滤器具有平行于多个电极膜延伸的第一端和第二端。有益地，可在过滤器的所述端部之一上设置遮挡件，所述遮挡件跨过滤器的上游面上的多个第一隔离构件中的隔离构件的端部延伸。这种遮挡件可以是条带(strip)的形式，其仅在受到未过滤的气流的过滤器的上游面上覆盖隔离构件的端部。

在一些实施例中，遮挡件可以从过滤器的上游面上多个第一隔离构件中的隔离构件的所述端部延伸到过滤器的下游面上多个第二隔离构件中的隔离构件的对应端部。优选地，可以设置两个遮挡件，在过滤器的每个端设置一个。

进一步优选地，遮挡件可以在设置有遮挡件的过滤器的端部上方延伸以覆盖过滤器的端部。当在横截面中观察时，这种遮挡件可以具有U形形状。备选地，遮挡件可以是缠绕在过滤器的端部周围的带的形式。

发明的第二方面

根据本发明的第二方面，提供了一种静电除尘器，其包括根据本发明的第一方面的过滤器。

附图说明

为了更好地进行理解，现在将仅通过非限制性示例，参考附图中所示的附图(未按比例)来更具体地描述本发明，其中：

图1A是现有技术过滤器的正视图；

图1B是图1A所示的现有技术过滤器的改良版的局部侧视图；

图2A是示出部分组装形式的组件的备选的现有技术过滤器的分解透视图；

图2B是经组装的图2A所示的现有技术过滤器的透视图；

图2C是图2B所示的组装后的现有技术过滤器的示意性截面图，其中示出了附加的重复组件；

图3A和图3B是另一备选的现有技术过滤器的连续/交替侧视图；

图4A是根据本发明的第一实施例的过滤器的侧视图；

图4B是图4A所示的过滤器的正视图；

图4C是图4A所示的过滤器的更详细的侧视图；

图4D是图4B所示的过滤器的平面图；

图5A是根据本发明第二实施例的过滤器的侧视图；

图5B是图5A所示的过滤器的平面图；

图6A是根据本发明的第三实施例的过滤器的侧视图；

图6B是图6A所示的过滤器的平面图；

图7A是根据本发明的过滤器的组件的平面图；

图7B和图7C示出了根据本发明的过滤器的构造；

图8A是部分组装形式的图6A和图6B所示的过滤器的备选的分解透视图；

图8B是经组装的图8A所示的过滤器的透视图；

图9是根据本发明的过滤器的组件的平面图；

图10A是根据本发明的过滤器的构造的示意图；

图10B是如图10A所示构造的过滤器；

图11A是根据本发明的第四实施例的过滤器的透视图；

图11B示出了图8B所示类型的过滤器的隔离构件之间的泄漏路径；

图11C示出了图11A所示类型的过滤器的隔离构件之间的泄漏路径；

图12A是根据本发明的第五实施例的过滤器的透视图；

图12B是图12A所示的过滤器的剖面透视图；

图12C是图12A所示的过滤器的侧视图；

图13A和图13B示出了根据本发明第六实施例的增加隔离构件之间的电流泄漏路径长度的方法；

图14A、图14B、图14C和图14D示出了根据本发明的第七实施例的隔离构件相对于电极边缘的不同放置，其中在电极中具有和不具有狭槽；以及

图14E是根据本发明的第八实施例的过滤器的平面图。

具体实施方式

第一实施例

图4A至图4D示出了过滤器40，过滤器40包括多个间隔开的塑料(即非金属)电极膜/电极板41，电极膜/电极板41通过设置在其两个主要表面上的例如氧化铟锡的导电涂层43而具有电导率。膜41被布置成以高电位和低电位进行供电，并且因此被组织成两个交织且交替的组：高压膜41a和低压(或接地)膜41b。每个膜41具有前边缘X、后边缘Y和沿气流方向(由图4A和4D中的箭头所示；在图4B中气流进入页面，而在图4C中气流是从左到右)延伸的两个相对的侧边缘Z。过滤器40还包括多个间隔开的第一刚性隔离构件42a和多个间隔开的第二刚性隔离构件42b，其分别使用合适的粘合剂(例如，UV固化树脂)结合到电极膜41的前边缘X和后边缘Y中的每个前边缘X或后边缘Y；每个隔离构件42a、42b经由其连续的基本平坦的表面结合到前边缘X或后边缘Y。因此，隔离构件42a、42b结合到过滤器40的前面和后面。图4B中所示的相邻隔离构件42a之间距离约为10mm。相邻膜41之间的分离距离约为0.5mm，且沿气流方向的膜41的深度约为15mm，在0.3微米颗粒直径下过滤效率为99.9％。过滤器40直接与图2A至图2C所示的传统的静电过滤器进行比较并对其进行改进。

通过在静电除尘器中使用如图4A至图4D所示的过滤器40，可以实现“高”过滤效率(在0.3微米颗粒直径下为99.9％)，这种过滤器沿气流方向比图2A至图2C所示的现有技术过滤器更显著地且更有优势地更薄。这种过滤效率的显著提高是通过发明人针对所用材料(塑料膜或其他柔性轻质材料(与传统的金属板相比轻质的))、膜分离方式(使用直接粘合剂结合到电极膜)以及实现相对紧密的板分离的能力所采用的新颖和创造性方法来实现的。此外，如本领域技术人员将认识到的，可以对膜的隔离进行定制以适合使用结合有这种过滤器的静电除尘器的环境。

塑料膜本身几乎没有刚度，但是当使用应用于一系列隔离杆上的粘合剂将塑料膜在正面和背面锁定在一起时，整个过滤器结构的强度出乎意料的大，并且适用于创造一种稳定而坚固的过滤器，其中电极膜彼此之间保持平行，并通过相距一定间隔的隔离构件以固定的分离距离进行保持，相距一定间隔的隔离构件不允许在向过滤器施加2kV/mm或更大的电场时板发生任何固有弯曲。

由于在过滤器40中采用了紧密的膜分离，因此可能存在增加过滤器两端的压力降的趋势。为了将压力降保持为最小，需要指定膜分离与膜厚度的最大比。这可以通过使用厚度在大约0.03mm至大约0.1mm范围内的“薄”塑料膜板来实现。如果没有进行合适地支撑，这种厚度的塑料膜几乎不具有固有刚度，并且在其自重下会自平坦状态变形。相比之下，传统过滤器中使用的金属板是刚性的，几乎不需要支撑(如果有的话)即可保持其原始的固有平坦度。

为了使用薄塑料膜形成刚性结构，发明人发现，可以将刚性隔离构件直接结合到过滤器正面和背面(即，分别限定空气进入过滤器和从过滤器排出的区域的两个面)上的电极膜板的前边缘和后边缘上。这些刚性隔离构件保持膜板平行，并在组成过滤器的板堆叠中保持正确的分离，即使这些板本身太过柔性而无法借助制成其所用的塑料或薄金属箔(或类似物)材料在重力作用下保持其形状。

对于过滤器40，通过隔离构件42a、42b的表面上的路径的泄漏电流取决于相邻的高压膜41a与低压膜41b之间的距离D1(如图4C所示)、所施加的电压、污垢的堆积程度、污垢类型和湿度水平。应当理解，在这种过滤器中，泄漏路径与过滤器40中的电极膜41一样多。由于这些泄漏路径都是电并联的，因此在过滤器40中设置越多的电极膜41，漏电流越大。

电流泄漏的另一潜在来源是在电极膜41的边缘处的电晕，例如在图4D中的C处。膜41的前边缘X和后边缘Y处的场强将高于膜本身之间的场强。电极膜边缘的场强取决于所施加的电压以及膜边缘的曲率半径。如果场强高，则将发生电晕，尤其是随着碎屑的堆积而发生，例如随着时间的流逝，在过滤器40的前边缘X上的污垢的毛茬或树突(hairs ordendrites of dirt)。

因此，根据本发明的该第一实施例的过滤器40将最适于在空气中颗粒物的负荷低并且不需要高度隔离的环境中的静电除尘器中使用。

当然，减少与过滤器40有关的引起可能的电流泄漏的源将是有利的，以便使所述过滤器更广泛地适用。

第二实施例

因此，在图5A和图5B中示出了本发明的第二实施例，其中存在与图4A至图4D所示的过滤器40具有类似设计的过滤器50。实际上，过滤器50和过滤器40之间的相似性使得相似的元件被赋予相似的附图标记(但相对于过滤器50在数字上增加了10)，下面仅描述不同之处。

在该第二实施例中，设置在电极膜51的两个主要表面上的例如氧化铟锡的导电涂层53位于中心，并且从膜51的前边缘X和后边缘Y中的每个前边缘X或后边缘Y凹入以便形成间隙54。其结果是双重的。首先，表面泄漏路径从图4C所示的第一实施例中的D1增加为图5A所示的该第二实施例中的D2。距离D2被计算为两个相邻膜51之间的分离距离与两个间隙54的距离之和。其次，因为膜的所述边缘不再导电并且因此不能支持电晕放电，所以减少了或消除了膜的前边缘X和后边缘Y处的电晕发射。此外，借助于下面的绝缘膜基板，抑制了任何在导电涂层53的边缘上电晕放电的趋势。

该第二实施例提供了改进的隔离水平，使得效率水平在较长时间段内保持较高。

当然，进一步减少与过滤器50有关的引起可能的电流泄漏的源也是有利的，以便使所述过滤器更广泛地适用。

第三实施例

因此，在图6A和图6B中示出了本发明的第三实施例，其中存在与图5A和图5B中所示的过滤器50具有类似设计的过滤器60。实际上，过滤器60和过滤器50之间的相似性使得相似的元件被赋予相似的附图标记(但相对于过滤器60在数字上增加了10)，下面仅描述不同之处。

在该第三实施例中，在电极膜的前边缘X和后边缘Y中的每个前边缘X或后边缘Y中切割出一系列凹口65。如图所示，凹口65设置在高压膜61a和低压膜61b中的交替位置处，使得每个单独的隔离构件63a、63b仅结合到一种极性的膜上，由此消除了在相邻的高压膜61a和接地电极膜61b之间的表面电流泄漏路径。过滤器60中任何其余的表面泄漏路径具有更长的距离并且具有更高的电阻(与本发明的第一实施例和第二实施例中每个实施例中的泄漏路径相比)。

该第三实施例提供了最高水平的隔离，因为它使得两组膜61a、61b能够被支撑为两个不同的族，每个族具有其自己的多个隔离构件63a、63b。图6B示出了隔离构件63a到高压膜61a的前边缘和后边缘的结合，其中隔离构件63b与凹口65相邻并相距一定距离。尽管未示出，但是本领域技术人员将容易地理解如何针对低压膜61b复制该实施例，从而使隔离构件63b结合到所述低压膜61b的前边缘和后边缘，并且隔离构件63b与凹口65相邻并相距一定距离。其结果是，使两种极性的电极膜之间的泄漏路径长度最大化，而使漏电流最小化。

因此，根据本发明的第三实施例的过滤器60将维持高效率并具有非常长的使用寿命(相比较而言)，因为污垢的堆积不会显著增加泄漏电流。这种过滤器60在具有高微粒负载并且微粒倾向于具有导电特性的空气清洁环境中将特别有用。

在对过滤器60的构造的进一步修改中，在沿气流方向空间被限制的应用中，有利的是，与电极膜61的后边缘Y与其上的导电涂层63的对应边缘之间的间隙64相比，增加电极膜61的前边缘X与其上的导电涂层63的对应边缘之间的间隙64，使得前边缘间隙更大。这是因为污垢和其他碎屑的最密集沉积发生在前边缘X上，而后边缘Y与已过滤的气流接触，碎屑沉积明显减少。在电晕和泄漏电流使效率降低之前，这会导致更长的过滤器寿命。后边缘处间隙较小的主要优点在于，可以使过滤器沿气流方向更小，或者对于相同的总过滤器深度，可以增加过滤器有效区域的深度。

作为示例1，通过以下表1中的数据说明了根据本发明的第三实施例的薄过滤器的高效性能，沿气流方向的薄过滤器的深度为15mm并且膜分离距离为0.5mm。还提供了市售现有技术过滤器的数据[可用于安装的Philips CRP417/01 ESP颗粒过滤器，例如Philip空气净化器型号AC4052/00]，深度为50mm，板间距为2mm。现有技术的过滤器在可安装空气净化器的空气净化器的外部操作，使用场充电器对颗粒进行充电，以与本发明的过滤器相同的方式测量其效率。

表1

注意，即使现有技术过滤器的深度比示例1的过滤器的深度大三倍，但性能效率却更差，特别是在通过过滤器的空气速度为2m/s和3m/s的情况下。

组装方法

组装根据本发明的第一、第二或第三实施例中的任何实施例的过滤器需要对大量电极膜进行准确地定位，维持所需的电隔离需要一种新的构造方法和不同的隔离方法。

图7A示出了由绝缘材料，优选为诸如聚丙烯之类的塑料材料，制造的矩形隔离框架70。注射成型是特别合适的制造技术。选择框架70的尺寸以适合过滤器的尺寸。实际上，需要两个隔离框架，每个成品过滤器的正面和背面中的每个面一个隔离框架。每个框架70包含多个以杆71的形式间隔开的隔离构件。

图7B示出了保持在间隔夹具73中的多个塑料电极膜72。通过间隔夹具73的两端的压力，膜72被保持为在所需的过滤器设计间距和设计取向上是完全平坦的。厚度等于所需的电极膜分离距离的可移除间隔条带(spacer strip)(未示出)被临时放置在电极膜72之间。夹具73压缩膜72和交织的分离条带(separator strip)(未示出)的堆叠。膜72的前边缘和后边缘从夹具73突出，以使得能够将两个隔离框架70中的每个隔离框架胶合到所述相应边缘。

两个隔离框架70在旨在与膜边缘接触的隔离间距杆71的表面上涂覆有粘合剂。然后，将隔离框架70放置成与从夹具73突出的膜的边缘接触，这使得隔离杆71上的粘合剂层将膜边缘结合到隔离框架70的隔离杆71，如图7C所示。当粘合剂干燥或已经固化或以其他方式凝固了时，将夹具73中的间隔条带移除。然后，可以将两个隔离框架70在膜堆叠外部彼此结合，以为过滤器构造稳定的“箱式”框架。

以这种方式，所有电极膜72被同时结合到隔离杆71，从而允许紧密分离的膜72实际上被组装到过滤器中。

特别参考本发明的第三实施例的过滤器，该过滤器组装方法和所得的结合后的过滤器在图8A和8B中示出。

为了清楚起见，仅示出了最顶部的电极81上的凹口，以允许将两族膜(高压和接地)中的每族膜交替结合到其自身的一组隔离杆71，以保持其电绝缘。

在图9中示出了互补的带凹口的电极膜的示例。示出了具有相反凹口相位90的高压电极膜91和接地电极膜92。该相反的相位允许膜91、92的前边缘和后边缘的其余(无凹口的部分)粘附到隔离构件，使得不同极性的膜被结合到对应的且分离的隔离构件。

备选的组装方法

在图10A和图10B中示出了稳定和支撑电极膜堆叠的备选方法。

代替如上所述将电极膜110结合到刚性隔离框架，可以通过例如从喷嘴112挤出来将粘合剂、油灰、树脂等或熔融材料111的条带沉积到电极膜110的前边缘和后边缘上，其中临时的间隔条带(未示出)以正确的所需间距保持膜110，同时在类似的夹具中保持和/或压缩膜110。

粘合剂或熔体可以以优选地恒定的流的形式输送，以形成在堆叠的高度上延伸的均匀的胶珠，粘合剂或熔体在凝固后结合到电极膜，并在由临时间隔条带所确定的距离处产生刚性的分离。然后可以移除临时间隔条带。

该粘合胶珠在凝固时将服从由所用塑料膜材料的固有柔性引起的电极膜分离的不规则性。应当理解，正是这种不规则性阻止了传统的现有技术的插入实心“梳子”来将膜保持在适当的位置，因为即使是单个的稍微错位的膜边缘也会阻止“梳子”整体附接到堆叠的所有膜，否则会导致极性相反的两个相邻膜进入“梳子”的齿中的相同夹持凹部，从而引起短路。

优选地，粘合剂等或熔体将具有适当的粘度，该粘度防止在施加的时间和凝固的时间之间在重力和/或表面张力作用下通过流动而使胶珠错位。如果胶珠粘合剂或熔体太容易流动，它将进入电极膜之间的空间，以致损害所需的过滤效率和/或过滤器压力降和/或电隔离。例如，相反极性的电极也可能被偶然地结合，从而减少了族间隔离。应理解，可以使用在施加之后凝固的任何半流体材料。例如，聚合树脂、热固性树脂、粘合剂、胶水、热熔粘合剂、蜡等。之后，可以借助于合适的框架将由此产生的平行胶珠(隔离构件)“锁定”在一起，以构造刚性的过滤器组件。

第四实施例

当然，更进一步减少与图6A和图6B所示的过滤器60有关的引起可能的电流泄漏的源也是有利的，从而使所述过滤器更广泛地适用。

因此，在图11A中示出了本发明的第四实施例，其中存在与图8A和图8B中所示的过滤器具有类似设计的过滤器80。

在随后的描述中，图11A中的过滤器80的透视图示出了面向观察者的过滤器的上游面和在图的背面的过滤器的下游面。因此，空气沿从正面进入图即进入页面的方向进入过滤器，通过过滤器的上游面，并在过滤器的背面离开。当以图11A中所示的取向进行观察时，过滤器的最上边缘将被称为顶部；同样，最下边缘将被称为底部。

在该第四实施例中，电极板或电极膜120(高电压)和121(接地)由隔离构件123b(支撑高压电极)和123c(支撑接地电极)支撑在过滤器的上游面和下游面上。另外，高压电极120由连结隔离构件123a支撑，该连结隔离构件123a将两族刚性支撑板连结在一起以形成一个稳定的刚性过滤器。

所有隔离构件，包括连结隔离构件，可以是塑料杆，其具有结合到电极板或电极膜的边缘的粘合剂，或者结合到电极板或电极膜粘合剂胶珠。连结隔离构件可以具有更大的横截面面积，以便为它们提供进一步的结构刚度。

为了提供电极和隔离构件的完全组装件的刚度，每个隔离构件通过结合到相对刚性的支撑板124a或124b而端接于过滤器的顶部和底部。隔离构件123c结合到两个支撑板124a中的每个支撑板(一个在“堆叠”的顶部，一个在“堆叠”的底部)，而隔离构件123b结合到支撑板124b(同样，一个在“堆叠”的顶部，一个在“堆叠”的底部)。因此，总共有四个刚性支撑板124a、124b，两个在过滤器“堆叠”的顶部，两个在过滤器“堆叠”的底部。这四个支撑板形成第一对刚性支撑板和第二对刚性支撑板，第一对刚性支撑板和第二对刚性支撑板与多个电极膜中的第一个电极膜和最后一个电极膜相邻设置，第一对板中的每个板都位于最外面。多个第一隔离构件和多个第二隔离构件中的每组隔离构件中的交替隔离构件分别(a)结合到第一对刚性支撑板和(b)结合到第二对刚性支撑板。

结果是，大大减少了高压电极和接地电极之间的泄漏电流路径的数量。参考图11A，如果11个隔离构件全部端接在相同的支撑板或框架上，而不是所示的配置，那么11个隔离构件之间有10个间隙，总共将有40条泄漏电流路径(在过滤器的上游面和下游面上，从顶部和底部的10个间隙中的每个间隙产生40条泄漏电流路径)。换句话说，泄漏电流路径的数量从等于隔离杆之间的间隙数量的4倍减少为等于由桥接过滤器的顶部和底部且在过滤器的两个面上的四个支撑板124a和124b的连结隔离构件123a提供的间隙的数量，即8个泄漏路径，如图11C所示(在下面进一步描述)。

实际上，所需的过滤器可能比此处举例说明的过滤器大得多，并且可能具有数百个隔离构件。因此，泄漏电流路径数量的减少变得非常显著。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，支撑板可以采取许多形式和取向，只要每个支撑板刚性保持对应的一族隔离构件即可，使得隔离构件和它们所结合到的电极被保持为两个分离的族，仅在两个支撑板本身桥接在一起的地方连接，以形成一个完整的刚性过滤器组件。必要的是，这样的桥接位置的数量显著小于由所有隔离构件端接到相同的结构(如图7A、图7B、图7C、图8A和图8B中的隔离框架70)所提供的泄漏路径的数量。对于大型过滤器，可以增加桥接支撑板的连结隔离构件123a的数量，以维持整个过滤器的刚性。

分别在图11B和图11C中示出了图8B和图11A所示的过滤器类型通常产生的泄漏路径。虚线箭头133指示从高压板组到接地板组的泄漏电流路径。在图11B中，隔离框架70支撑隔离构件71和72。这些隔离构件分别交替支撑高压电极和接地电极。当在隔离构件表面上存在污垢和湿气时，泄漏电流从高压电极沿着隔离构件71流到隔离框架70上，然后流到相反极性的隔离构件72上，最后流到接地电极上。显然，泄漏路径与隔离构件之间的间隙一样多。在所示示例中，每个过滤器面上有10个间隙，总共有40条泄漏路径(通过将过滤器顶部、底部、正面和背面的10条路径相加得出)。

图11C所示的本发明的第四实施例的泄漏路径的数量则形成对比。这里仍由虚线箭头133示出泄漏电流路径。尽管该过滤器在隔离构件之间也有10个间隙，但板的两极之间的泄漏电流路径的数量减少为4条，并且总路径比图11B中的更长。在该实施例中，电流从高压电极120流到隔离构件123b上，然后流到支撑板124b。然后，这些电流共同沿着支撑板124b流动，并通过由连结隔离构件123a的上端和下端提供的桥跨越流动到支撑板124a，该连结隔离构件123a将两族电极和隔离构件刚性地连结在一起。路径长度比图11B所示的过滤器长得多，并且支撑板之间只有四个点有电流流过，从而大大减少了泄漏电流。

第五实施例

在图12A、图12B和图12C中示出了可以进一步减小泄漏电流的本发明的另一方面。由于在理想绝缘的隔离构件上污垢沉积的累积而使泄漏电流大大增加，使得其部分导电，因此可以提供遮挡件，以保护过滤器上游侧上的每个隔离构件的顶部和底部不与充满污垢的空气接触。参考图12A，图11A、图11B和图11C中的过滤器80装配有遮挡件140，遮挡件140防止或减少了隔离构件123的顶部和底部区域与充满污垢的空气的进气流之间的接触。图12B是图12A中的过滤器的局部剖面图。由遮挡件保护的隔离构件的区域由括号150指示。图12C在侧视图中示出了相同的过滤器。箭头151示出了进入的脏空气。括号150指示由遮挡件140保护的隔离构件123的区域。过滤后的空气如箭头152所示离开过滤器。

所得被这样保护的每个隔离构件的区域将保持相对清洁并且具有高电阻。因此，漏电流将显著降低。这对于图11A的连结隔离构件123a特别重要，连结隔离构件123a在由遮挡件(如果装配了遮挡件的话)保护的位置处桥接两个相反极性的支撑板。应理解，遮挡件可以与本发明的任何前述实施例一起使用。

第六实施例

本发明的又一方面可以与图8A和图8B所示类型的过滤器一起使用，其中所有的隔离构件都被支撑在隔离框架70中，使得它们都与该框架接触，并且泄漏电流将如上所述流动。参考图13A，隔离构件71a支撑接地电极，隔离构件71b支撑高压电极。泄漏电流(由虚线箭头133示出)将沿着隔离框架70在隔离构件之间的距离上流动。参考图13B，其布置与图13A相同，不同之处在于，通过在隔离框架70中设置狭槽170增加了隔离构件之间的电流路径的长度。现在，电流必须围绕狭槽流动，将电流路径长度(以及路径的电阻)增加为狭槽深度的两倍，从而减小了泄漏电流。应理解，这些狭槽的使用可以与本发明的任何实施例一起采用。

第七实施例

如上所述，在某些应用中，例如在某些空调机内部的受限空间内，将过滤器沿气流方向的深度保持在最小是重要的。在过滤器的上游面和下游面上放置隔离构件将使该过滤器深度增加为隔离构件厚度的两倍。为了使这种情况最小化，可以在电极的边缘处设置狭槽，形成凹入的边缘部分，隔离构件通过粘合剂结合到该凹入的边缘部分。

参考图14A，隔离构件160借助于粘合剂161结合到电极162的边缘。未设置狭槽。因此，隔离构件突出于电极边缘，并增加了沿气流方向的过滤器的深度。应理解，在该布置中以及在图14B、图14C和图14D所示的以下布置中，隔离构件可以是备选的胶水胶珠。

图14B示出了隔离构件160，该隔离构件160结合到狭槽163中的电极162的凹入的边缘，使得该隔离构件几乎不突出于过滤器的面，从而减小了过滤器的深度。

图14C示出了隔离构件160，该隔离构件160通过粘合剂161结合到电极162的凹入的边缘，使得该隔离构件基本上占据了凹入的狭槽163的整个宽度，同时也减小了过滤器的深度。

图14D示出了隔离构件160，该隔离构件160结合到狭槽163中的电极162的凹入的边缘，使得该隔离构件与过滤器的面齐平，从而使过滤器的深度最小。

在所有这些布置中，应理解的是，设置狭槽的唯一目的是减小过滤器的深度，并且其自身并不提供将电极固定到隔离构件。该固定完全归因于由粘合剂提供的到电极边缘(凹入的边缘部分)上的结合。狭槽163不提供对隔离构件的夹持，隔离构件与电极边缘的结合是必不可少的(通过粘合剂161等方式，或者借助于由粘合剂等形成的隔离构件)。

鉴于此，应理解，在图14C所示的凹口的布置中，即使施加了粘合剂161以在狭槽的所有三个边缘上将隔离构件160结合到狭槽163，也是应用了相同的结合原理。换句话说，固定完全是由于隔离构件与狭槽的边缘的结合，而不是由于狭槽本身对隔离构件的夹持。实际上，对于在本发明中使用的薄电极，电极凹口本身不具有将电极保持在适当位置的强度和刚度。没有结合而仅依靠夹持而构造的过滤器将不能有效的夹持并且将具有较低的机械完整性，在正常处理或施加电场时会塌陷。

第八实施例

图14E示出了具有以下狭槽和凹口两者的过滤器：(a)可以在狭槽内将隔离构件结合到电极以减小沿气流方向的过滤器的深度，以及(b)凹口容纳隔离构件，使得隔离构件不与电极接触。参考图14E，电极64设置有一系列凹口65，其容纳隔离构件63b；狭槽163允许支撑电极64的隔离构件63a结合到狭槽163内的电极边缘，使得隔离构件在沿气流方向的过滤器的总深度之内。凹口65具有足够的深度，使得隔离构件63b也在沿气流方向的过滤器的总深度之内。这允许过滤器的深度被最小化，这在过滤器被部署在空间有限的地方(例如空调设备内部)时是有利的。

电极材料

尽管已经参考所有非金属电极描述了本文包含的发明的所有具体描述，但是在某些情况下这种过滤器也将不合适。本发明还涵盖并应用于这些环境，因此可以通过参考所有金属电极或金属电极和非金属电极的组合(以规则的方式相互交织)(将在下面更详细地讨论)来替换上述具体描述中所有对非金属电极的引用。

特别地，在根据本发明的过滤器在特定环境(例如在过滤热气体期间)中操作时，在电极膜可能遇到的高温的条件下，本发明的上述实施例中使用的聚合物电极膜在接近聚合物熔点时可能趋于软化。这将导致紧密间隔的电极在重力和所施加的电场的影响下永久变形，在某些情况下，在不利环境中，在具有上述缺点的情况下，可能会沿电极产生分离变得足够接近以引发空气放电的点。在极端情况下，相邻的电极可能会接触，从而导致短路和过滤器故障。在这些条件下，使用金属电极变得有利，金属电极即使在高温下也将保持几何形状稳定。在这种情况下，可以采用由耐热材料(例如陶瓷)制成的隔离构件。

对于金属电极，可以通过利用耐温的非导电涂层覆盖金属电极的外边缘来获得导电电极表面和电极边缘之间的边缘间隙的优点。对于相同的电极厚度，金属电极将比聚合物电极更坚硬，因此可以增加支撑隔离构件的间距，结果是，当脏空气和/或在潮湿空气中时，所得到的更少数量的隔离构件将提供更少的泄漏路径，因此将总体上减少不良泄漏电流。

另外，更少数量的隔离构件将导致重量的减小，重量的减小可以在一定程度上抵消使用金属电极而不是聚合物电极所导致的不可避免的额外重量。

在使用没有边缘间隙的金属电极的情况下，必须在电极之间的距离和施加的电压之间取得平衡，特别是在高湿度条件下，以避免通过空气的电击穿。例如，在施加1.5kV的电压的情况下，聚合物电极过滤器可以在0.5mm的板间距下操作。相反，在相同条件下的金属电极过滤器将需要在1kV或更低的施加电压下操作。

这种过滤器中的典型金属电极由厚度为0.05mm至0.2mm的金属片制成。优选地，金属是不锈钢。不锈钢的优点之一是抗腐蚀，特别是在高湿度条件下。不锈钢电极的优选厚度为0.1mm。

Claims (27)

1.一种用于静电除尘器的过滤器，所述过滤器包括：

多个间隔开的具有电导率的电极膜，布置为以高电位和低电位交替供电，所述电极膜中的每一个具有前边缘、后边缘和在前边缘与后边缘之间沿气流方向延伸的两个相对的侧边缘；以及

多个间隔开的第一刚性隔离构件和多个间隔开的第二刚性隔离构件，分别结合到多个电极膜的前边缘和后边缘中的每一个，其中每个隔离构件经由隔离构件的实质连续的、优选平坦的表面结合到所述前边缘或后边缘中的至少一些，由此将电极膜固定在所需的间隔开的电极膜的布置中。

2.根据权利要求1所述的过滤器，其中，所有电极膜是金属的，或者所有电极膜是非金属的，或者一些电极膜是金属的且一些电极膜是非金属的。

3.根据任一前述权利要求所述的过滤器，其中，相邻的电极膜之间的间距等于或小于2mm。

4.根据任一前述权利要求所述的过滤器，其中，每个电极膜具有等于或小于0.5mm的厚度。

5.根据任一前述权利要求所述的过滤器，其中，每个电极膜可以具有等于或小于50mm的深度(沿气流方向的尺寸)。

6.根据权利要求2所述的过滤器，其中，一个或多个非金属电极膜由电极膜中和/或电极膜上具有导电颗粒的聚合物材料制成。

7.根据权利要求6所述的过滤器，其中，一个或多个电极膜由碳载聚丙烯制成。

8.根据权利要求2所述的过滤器，其中，一个或多个非金属电极膜由聚合物材料制成，其中所述一个或多个非金属电极膜的一个或两个面的至少一部分上设置有涂层、油墨或涂料。

9.根据权利要求8所述的过滤器，其中，所述涂层、油墨或涂料是导电的或半导电的。

10.根据权利要求8或权利要求9所述的过滤器，其中，所述涂层、油墨或涂料从所述一个或多个非金属电极膜的前边缘和后边缘中的每一个凹入，从而在每个所述边缘与所述涂层、油墨或涂料之间形成间隙。

11.根据权利要求10所述的过滤器，其中，所述涂层、油墨或涂料与非金属电极膜的前边缘之间的间隙大于所述涂层、油墨或涂料与所述非金属电极膜的后边缘之间的间隙。

12.根据任一前述权利要求所述的过滤器，其中，在多个电极膜的前边缘和后边缘中的每一个中设置有一系列凹口，并且其中多个第一隔离构件和多个第二隔离构件结合到所述凹口之间的所述边缘。

13.根据权利要求12所述的过滤器，其中：(i)前边缘中的凹口从后边缘中的凹口偏移，或者(ii)前边缘中的凹口与后边缘中的凹口直接相对。

14.根据权利要求13(ii)所述的过滤器，其中，相邻的电极膜彼此偏移，使得每隔一个电极膜中的凹口沿着前边缘和后边缘中的每一个彼此对齐。

15.根据任一前述权利要求所述的过滤器，其中，在多个电极膜的前边缘和后边缘中的每一个中设置有一系列狭槽，每个狭槽限定凹入的边缘部分，并且其中多个第一隔离构件和多个第二隔离构件结合到所述狭槽的所述凹入的边缘部分，并且至少部分地被所述狭槽容纳。

16.根据从属于权利要求12至14中任一项的权利要求15所述的过滤器，其中，一系列狭槽中的每个狭槽与一系列凹口中的至少一个凹口相邻设置。

17.根据任一前述权利要求所述的过滤器，其中，多个第一隔离构件和多个第二隔离构件之一或这两者中的一些或全部隔离构件是：(i)杆、条、棒、棍或其他类似的组件或结构元件，或(ii)由刚性粘合剂、树脂或其他类似材料形成的线。

18.根据权利要求17(i)所述的过滤器，其中，多个第一隔离构件和多个第二隔离构件之一或这两者中的隔离构件可以通过上隔离框架构件和/或下隔离框架构件保持间隔开的平行关系，由此形成前边缘隔离框架和/或后边缘隔离框架。

19.根据权利要求18所述的过滤器，其中，在上隔离框架构件和/或下隔离框架构件中设置有一系列边缘狭槽，每个狭槽限定凹入的框架部分，并且其中隔离构件位于所述狭槽之间。

20.根据任一前述权利要求所述的过滤器，其中，与多个电极膜中的第一个电极膜和最后一个电极膜相邻地设置第一对刚性支撑板和第二对刚性支撑板，其中第一对板中的每个板在最外面，并且其中多个第一隔离构件和多个第二隔离构件中的每个中的交替的隔离构件分别结合到(a)第一对刚性支撑板和(b)第二对刚性支撑板。

21.根据权利要求20所述的过滤器，其中，在第二对刚性板中的每个板的最内表面上设置有电极膜。

22.根据权利要求20或权利要求21所述的过滤器，其中，优选地以跨多个第一隔离构件和多个第二隔离构件的间隔设置连结隔离构件，其中每个连结隔离构件结合到第一对刚性支撑板和第二对刚性支撑板。

23.根据权利要求22所述的过滤器，其中，在至少末端位置处设置连结隔离构件，其中在多个第一隔离构件和多个第二隔离构件两者的每个端部处各设置一个连结隔离构件。

24.根据任一前述权利要求所述的过滤器，所述过滤器具有平行于多个电极膜延伸的第一端和第二端，其中，在所述过滤器的所述端之一处设置有遮挡件，所述遮挡件跨所述过滤器的上游面上的多个第一隔离构件中的隔离构件的端部延伸。

25.根据权利要求24所述的过滤器，其中，所述遮挡件从所述过滤器的上游面上的多个第一隔离构件中的隔离构件的所述端部延伸到所述过滤器的下游面上的多个第二隔离构件中的隔离构件的对应端部。

26.根据权利要求25所述的过滤器，其中：(i)所述遮挡件在设置有所述遮挡件的所述过滤器的端部上方延伸以覆盖所述端部；或者(ii)所述遮挡件为缠绕所述过滤器的端部的带的形式。

27.一种静电除尘器，包括根据权利要求1所述的过滤器。

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