CN114728293A - 颗粒消除器 - Google Patents
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Abstract
颗粒消除系统(1)包括离子发射单元(10)和收集单元(50)。离子发射单元用于将带负电的离子发射到其中具有颗粒的气体体积(2)中。由此，带负电的离子在遇到颗粒时使颗粒带电形成带负电的颗粒(4)。收集单元旨在收集带负电的颗粒。离子发射单元包括多个离子发射尖端(30)以及与多个离子发射尖端连接的高压电源(40)。收集单元包括与零电压或正电压电连接的金属收集结构。各离子发射尖端彼此隔离，作为唯一的电气连接，通过相应的馈电连接与高压电源连接。
Description
技术领域
本技术总体上涉及颗粒消除装置，具体涉及基于离子发射的颗粒消除装置。
背景技术
多年来，人们经常讨论建筑物内的空气质量。室内环境中高浓度的颗粒和/或病毒/细菌会导致许多问题。因此，许多场所都需要净化室内空气。这在例如医院或许多人经过的室内环境中尤其重要。
一种现有技术方法是使用所谓的基于电离的空气净化器。离子发生器将负离子流发射到要清洁的空气体积中。离子的数量非常高。这些负离子将到达空气中的颗粒，从而使这些颗粒带电。颗粒的范围可以从几纳米到可见大小。带电颗粒通常聚集成更大的颗粒并最终沉降在表面，优选带正电的表面上。
许多现有技术的空气净化器具有各种各样的问题。颗粒会沉积在离子发生器端头上，导致提供给离子发生器端头的高压短路。位于离子发生器附近的带正电表面会干扰负离子在房间内的扩散和/或使带电颗粒收集效率低。对更稳定和更有效的装置的需求很大。
英国专利说明书GB418403提供了一种用于从气体中电沉淀悬浮颗粒的系统，包括高压电流源、限定多个平行气体通道的收集电极、与收集电极相对并联连接到高压电流源以便全部接收相同电势的放电电极、高压电流源与放电电极之间的每个并联电源连接中的抗电涌构件和高压电流源与收集电极之间的回路连接中的抗电涌构件。
在公开的国际专利申请WO2018205719A1中，公开了一种负离子发生器件。负离子发生器件包括高压电源、负离子导引端以及分别连接于多个负离子发射端及负离子导引端的多个负离子发射端。负离子发生器件还包括电流控制器件，其中每个负离子发射端都通过电流控制器件与高压电源连接。
在公开的美国专利申请US2007/0091536A1中，公开了一种离子发生单元和一种离子发生装置。离子发生部件在绝缘基板上包括接地电极、高压电极、接地电极表面上的绝缘膜和线性电极。接地电极设置在绝缘基板的外部区域，包括一对腿部，腿部基本上平行于线性电极，线性电极设置在腿部之间。接地电极还包括与端子接触的接触部分以及与上树脂套壳接触的绝缘套壳接触部分。绝缘膜基本上设置在绝缘基板的整个表面上，使得高压电极、接地电极的接触部分和绝缘套壳接触部分外露。
在公开的美国专利申请US20130047858A1中，公开了一种静电除尘器单元。静电除尘器包含收集组件、设置在收集组件中的多个收集组件接地板、设置在收集组件中的多个排，其中描述了每个排包含收集组件电荷板和电压隔离器。静电除尘器单元的电隔离部分导致电弧减少和清洁效率整体提高。还描述了使用带有隔离排的静电除尘器的空气净化器。
发明内容
本技术的总体目的是为房间中的颗粒消除提供稳定且有效的装置。
上述目的通过根据独立权利要求的方法和器件来实现。在从属权利要求中定义了优选实施例。
一般而言，颗粒消除系统包括离子发射单元和收集单元。离子发射单元用于将带负电的离子发射到其中具有颗粒的气体体积中。由此，带负电的离子在遇到颗粒时使颗粒带电形成带负电的颗粒。收集单元旨在收集带负电的颗粒。离子发射单元包括多个离子发射尖端以及与多个离子发射尖端连接的高压电源。收集单元包括与零电压或正电压电连接的金属收集结构。各离子发射尖端彼此隔离，作为唯一的电气连接，通过相应的馈电连接与高压电源连接。气体体积包含在建筑物的房间内，离子发射单元和收集单元之间的距离大于2m和/或大于所述房间彼此相对的两个墙壁之间的距离的一半。
所提出的技术的一个优点是能够稳定和有效地消除颗粒。当阅读详细描述时将理解其他优点。
附图说明
本发明及其进一步的目的和优点可以通过参考以下结合附图的描述得到最好的理解，其中：
图1示意性地示出了现有技术的离子发射单元；
图2示意性地示出了具有分离的高压连接的离子发射单元的实施例；
图3示意性地示出了布置在房间中的颗粒消除系统的实施例；和
图4A-B示意性地示出了收集单元的实施例的两个视图。
具体实施方式
在所有附图中，相同的附图标记用于相似或对应的元件。
为了更好地理解所提出的技术，首先简要概述电晕放电。提供有电势的电极将在周围环境中，通常在空气中产生电场。当电位梯度，即电场足够大时，空气会电离。如果带电物体有尖端，则该尖端周围的电场强度将增强。大气压空气中的电晕放电通常以每厘米30千伏的电压发生。在非常尖的尖端，电晕放电开始的电势可达2～6kV。在大多数电晕放电离子发生器中，使用负电势，从而产生从尖端逸出的负离子。
在许多现有技术的离子发生器100中，尖端110设置为附接到共基极111上，如图1中示意性所示。共基极111通过公共连接112与高压电源113相连接。尖端110通常设于套壳115的孔114中。
在操作过程中，颗粒会沉降在尖端110上，潜在地导致套壳115和尖端之间接触。例如，如果在离子发生器附近存在带正电的颗粒并且为尖端提供负电压，则可能是这种情况。一个尖端110的这种短路将影响所有尖端110的操作，因此该装置对这种污染颗粒很敏感。
图2示意性地示出了离子发射单元10的实施例。离子发射单元10用于将带负电的离子5(由箭头5示出)发射到其中具有颗粒3的气体体积2中。带负电的离子5在遇到颗粒3时使颗粒带电形成带负电的颗粒4。
离子发射单元10包括多个离子发射尖端30以及与多个离子发射尖端30连接的高压电源40。各离子发射尖端30彼此隔离，作为唯一的电气连接，通过相应的馈电连接42A-42J与高压电源40连接。优选地，所述馈电连接42A-J中的每一个都与高压电势具有至少1MΩ的单独电阻44A-J。高压电源40还通过接地连接46连接到地48。
这种构造将导致即使其中一个发射尖端30短路，也只有该特定发射尖端30会受到严重影响。剩余的发射尖端30将基本上保持不受干扰，并将继续按要求输送离子流。由此，离子发射单元10的清洁可以等待一段时间而不会显着损害效率。相反，清洁可以安排在此类活动更合适的时间，甚至可以定期提前安排，而不管任何现有的短路情况如何。如果出现一处缺陷或发射尖端堵塞，仍可使用90％的单元性能。
在该实施例中，离子发射单元10具有带有孔22的套壳20。每个离子发射尖端30都定位在相应的一个孔22中或恰好位于其中。换言之，由虚线29所示的套壳外平面相对于套壳20的内部位于由虚线39所示的端头平面的外侧，该端头平面包括离子发射尖端30的端头。
不推荐使用导电套壳，因为有与离子发射尖端30发生短路的高风险，无论是对套壳或离子发射尖端30造成的物理短路，还是通过污染颗粒造成的短路。因此优选的是，至少套壳20的具有孔22的部分具有较低的电导率。优选地，套壳20的电导率小于10-4S/m，甚至更优选小于10-8S/m。
然而，高度电绝缘的材料也有充电的趋势，呈现出静态表面电荷。这种静电荷会扭曲套壳前面的局部电场，这可能会改变离子应该在其中移动的电场。因此，在一个实施例中，套壳的电导率大于10-12S/m。在特定实施例中，套壳由木材制成。已知木材，尤其是经过表面处理以避免潮湿的木材，是电绝缘的，但不会积聚任何表面静电荷。
如上所述，通过使用非常尖的离子发射尖端30，已经可以在2kV的电势附近有效地产生离子。如果增加电压，例如高于2.4kV，则实现甚至更有效的离子产生。
换言之，在一个实施例中，高压电源向馈电连接提供至少2.4kV的电压。
当发生电晕放电时，离子发射尖端30附近的气体中的分子获得额外的电子并成为带负电的离子。如果这种电晕放电发生在空气中，则存在的两种主要成分是氮气和氧气。如果氧气变成带负电的氧离子，则这种离子可能会从另一氧气分子中吸收额外的氧原子，从而形成臭氧。臭氧是一种具有高氧化效果的气体。这种氧化效果有时用于消毒或除臭作用。然而，由于同样的氧化效果也会对人体的呼吸器官造成损害，因此必须避免在打算有人类出现的房间中使用高浓度的臭氧。
臭氧的产生量取决于所施加电场的强度。在相对较低的电压(例如2kV)下首先出现的电晕放电主要影响空气中的氮气。然而，臭氧的产生发生在较高的施加电压下。当周围材料被隔离并且不会产生电弧或等离子体蠕流时，在低于3kV的电压下不会产生臭氧。
为了避免产生臭氧，已发现电压应保持在3kV以下。换言之，在一个实施例中，高压电源向馈电连接提供不超过3kV的电压。
图3示意性地示出了颗粒消除系统1的实施例。颗粒消除系统1安装在房间6中，封闭气体体积2。换言之，在一个实施例中，气体体积2包含在建筑物的房间6中。颗粒消除系统1包括如上所述构造的离子发射单元10。颗粒消除系统1还包括用于收集带负电的颗粒4的收集单元50。收集单元包括与零电压或正电压电连接的金属收集结构。这将在下面更详细地描述。
具有负电势的离子发射单元10的离子发射尖端30和正电势的收集单元50在房间6内产生电场。这由场线7示意性地示出。带负电的颗粒4受到电场的影响而被拉向收集单元50。如果电场是静止且稳定的场，则带负电的颗粒4的收集最高效。为了确保产生该电场并且该电场相当稳定，因此优选离子发射单元10和收集单元50的电气系统相互连接。换言之，在一个实施例中，离子发射单元10的高压电源40和收集单元50连接到相同的接地电势。
为了实现有效去除气体体积2内的颗粒，来自离子发射单元10的带负电的离子流优选地散布在尽可能大的体积上。如果收集单元50位于离发射单元10相对较远的位置，则有利于这种散布。
在图3所示的实施例中，离子发射单元10和收集单元50位于房间6的相对墙壁9处。这样，大部分气体体积将被电场穿透，可预期有效地去除颗粒。
然而，在一些应用中，这样的装置可能难以实现。然而，将离子发射单元10和收集单元50分开仍然是有利的。在一些简单的测试中，已经表明这两个部件之间的距离优选地应该超过2m，特别是在较大的房间中。
可用于寻找有利距离的另一种度量是使用相对距离度量。如果房间相对的墙壁之间具有最小距离，则已经发现如果离子发射单元10和收集单元50之间的间隔至少是这个最小距离的一半，则实现该装置的有利操作。即使在这种中的离子发射单元10和收集单元50没有包围房间6中的整个气体体积，气体体积2内的规则对流通常将足以实现整个空间的颗粒去除。
换言之，在一个实施例中，离子发射单元10和所述收集单元50之间的距离至少大于2m和/或大于房间6的彼此相对的两个墙壁9之间的距离的一半。
在图示中，离子发射单元10和所述收集单元50设置在房间6的墙壁9处。然而，也可以使用其他安装位置，即可以将部件其中之一或两者放置在地板上或在天花板上。
离子发射单元10和所述收集单元50的分离以及具有相同接地电势的偏好可能导致需要在这两个位置之间提供较长的电缆。然而，在许多应用中，可以利用提供给房间的现有电网。这在图3中通过电插座60和电网连接62示意性地示出。换言之，在一个实施例中，相同的接地电势是关于气体体积2安装的电网的零电势或接地电势。
图4A和4B示意性地示出了颗粒消除系统的收集单元50的一个实施例。图4A是侧剖视图，图4B是正视图。收集单元50包括经由电缆51和连接件52与零电压或正电压电连接的金属收集结构53。在这个特定实施例中，收集结构53包括由薄金属板组成的网54。网54在正面方向上具有较大的开口面积，从而允许空气通过网54。在本实施例中，收集单元50还包括风扇55，其用于通过网54从收集单元50前面的气体体积2中抽吸气体。
网54对颗粒的主要收集是由中性或正电势的网与带负电的颗粒的静电吸引引起的。风扇55被认为只负责颗粒方向的一小部分。
当颗粒遇到网54时，它们通常沉降在网54的前表面上。这意味着在操作期间，颗粒聚集在收集结构53上，因此必须定期清洁收集结构53。
在存在细菌或病毒的区域中，这些有害颗粒也通过收集结构53带电和收集。收集结构53的前部由此达到大量感染颗粒。在一个实施例中，特别有利于避免病毒和细菌的传播，收集单元50还配备有紫外光源70。在这样的实施例中，紫外光源70安装成使得紫外光束71覆盖收集结构53的整个前部区域。优选地，提供隔板72，其阻止任何紫外光从紫外光源70向任何其他可能到达任何人的方向逸出。紫外光71的照射旨在破坏收集结构53处收集的细菌和病毒。
紫外光源70的操作可以以不同方式配置。一种替代方法是持续照射紫外光。在这样的应用中，特别是如果系统安装在有人出现的区域中，则隔板72的设计对于避免对人的任何意外紫外辐射是非常重要的。在另一种方法中，紫外光源70的操作可以是间歇的，即收集结构53仅在一些时间段中被照射。在这样的情况下，这样的照射时段可以与附近存在人类出现的小风险的时间段同步。这可以例如用在办公室或候诊室中，当夜间可能发生紫外辐射时，其中要无人。
换言之，在一个实施例中，收集单元50还包括紫外光源70，其用于连续或间歇地照射收集结构53。
上述实施例应理解为本发明的一些说明性示例。本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对实施例进行各种修改、组合和变化。具体而言，在技术上可行的情况下，可以将不同实施例中的不同部分解决方案组合成其他构造。然而，本发明的范围由所附权利要求书限定。
Claims (9)
1.一种颗粒消除系统(1)，包括：
离子发射单元(10)，其用于将带负电的离子(5)发射到其中具有颗粒(3)的气体体积(2)中，由此所述带负电的离子(5)在遇到所述颗粒(3)时使所述颗粒(3)带电形成带负电的颗粒(4)；和
用于收集所述带负电的颗粒(4)的收集单元(50)；
其中所述离子发射单元(10)包括多个离子发射尖端(30)以及与所述多个离子发射尖端(30)连接的高压电源(40)；
所述收集单元(50)包括与零电压或正电压电连接的金属收集结构(53)；
每个所述离子发射尖端(30)彼此隔离，作为唯一的电气连接，通过相应的馈电连接(42A-J)与所述高压电源(40)连接，其特征在于，所述气体体积(2)包含在建筑物的房间(6)内，所述离子发射单元(10)和所述收集单元(50)之间的距离至少是以下之一：
大于2m；和
大于所述房间(6)的彼此相对的两个墙壁之间的距离的一半。
2.根据权利要求1所述的颗粒消除系统，其特征在于，每个所述馈电连接(42A-J)都与高压电势具有至少1MΩ的单独电阻(44A-J)。
3.根据权利要求1或2所述的颗粒消除系统，其特征在于，所述高压电源(40)向所述馈电连接(42A-J)提供至少2.4kV的电压。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的颗粒消除系统，其特征在于，所述高压电源(40)和所述收集单元(50)连接到相同的接地电势。
5.根据权利要求4所述的颗粒消除系统，其特征在于，所述相同的接地电势是关于所述气体体积(2)安装的电网的零电势或接地电势。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的颗粒消除系统，其特征在于：
所述收集结构(53)包括网(54)；以及
所述收集单元(50)还包括风扇(55)，其用于通过所述网(54)从所述气体体积(2)中抽吸气体。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的颗粒消除系统，其特征在于，所述收集单元(50)还包括紫外光源(70)，其用于连续或间歇地照射所述收集结构(53)以破坏收集到的有害颗粒含量。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的颗粒消除系统，其特征在于，所述离子发射单元(10)具有带有孔(22)的套壳(20)，由此每个所述离子发射尖端(30)都定位在相应的一个所述孔(22)中或恰好位于其中，所述套壳(20)的电导率小于10-4S/m，优选小于10-8S/m。
9.根据权利要求8所述的颗粒消除系统，其特征在于，所述套壳(20)的电导率大于10- 12S/m。
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