CN116727105A - 静电颗粒过滤 - Google Patents
静电颗粒过滤 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116727105A CN116727105A CN202310937577.4A CN202310937577A CN116727105A CN 116727105 A CN116727105 A CN 116727105A CN 202310937577 A CN202310937577 A CN 202310937577A CN 116727105 A CN116727105 A CN 116727105A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- leakage current
- electrode plates
- threshold
- current
- particle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims description 26
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 9
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 3
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 abstract description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 8
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 235000019504 cigarettes Nutrition 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 206010011906 Death Diseases 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282485 Vulpes vulpes Species 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005367 electrostatic precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
- B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
- B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
- B03C3/68—Control systems therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
- B03C3/02—Plant or installations having external electricity supply
- B03C3/04—Plant or installations having external electricity supply dry type
- B03C3/08—Plant or installations having external electricity supply dry type characterised by presence of stationary flat electrodes arranged with their flat surfaces parallel to the gas stream
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
- B03C3/02—Plant or installations having external electricity supply
- B03C3/04—Plant or installations having external electricity supply dry type
- B03C3/12—Plant or installations having external electricity supply dry type characterised by separation of ionising and collecting stations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
- B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
- B03C3/36—Controlling flow of gases or vapour
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
- B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
- B03C3/36—Controlling flow of gases or vapour
- B03C3/368—Controlling flow of gases or vapour by other than static mechanical means, e.g. internal ventilator or recycler
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
- B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
- B03C3/40—Electrode constructions
- B03C3/45—Collecting-electrodes
- B03C3/47—Collecting-electrodes flat, e.g. plates, discs, gratings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
- B03C2201/14—Details of magnetic or electrostatic separation the gas being moved electro-kinetically
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
- B03C2201/24—Details of magnetic or electrostatic separation for measuring or calculating parameters, efficiency, etc.
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
- B03C2201/32—Checking the quality of the result or the well-functioning of the device
Abstract
一种静电空气净化设备，包括：颗粒充电段；颗粒沉淀段；电流传感器，其用于测量流过沉淀段的电极板的电流；以及相对湿度传感器。施加到电极板的电压和通过设备的空气流根据流过电极板的测量电流来控制。这样，提供控制以防止沉淀段内部漏电流过多，其可能导致一定风险，并且优化净化设备相对于其净化性能的能量效率。相对湿度信息还使得能够诊断高漏电流的原因以及沉淀段的状态，该状态有关其中沉淀颗粒的量。
Description
本申请是于国际申请日2017年12月1日提交的、2019年5月31日进入中国国家阶段的、申请号为201780074474.2、发明名称为“静电颗粒过滤”的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于静电颗粒过滤以及使用静电颗粒过滤的空气净化方法和装置。
背景技术
静电空气(或其他气体)净化设备是众所周知的。这种设备例如采用由电晕放电方法所生成的离子加速以及气体/空气携带的微粒(诸如灰尘)的充电和收集。
电晕放电设备在放电(电晕)电极和收集(或加速)电极之间施加高电压电势以产生高强度电场，并且在放电电极附近生成电晕放电。这通过吸附空气携带的颗粒上的电晕生成的离子来执行颗粒充电。由电晕生成的离子与周围气体分子之间的碰撞也会将离子的动量传递给气体，从而引起空气的相应运动，以实现空气沿期望的空气流动方向的整体运动。风扇还可以用于进一步控制通过设备的空气流。
在颗粒充电之后，带电颗粒从空气沉淀到一组收集电极上。收集电极与一组沉淀电极一起形成平行板结构，其中每个收集电极板平行地定位在两个沉淀电极板之间，从而维持相邻板之间的受控间距，该受控间距用作空气通道。因为与使用机械纤维过滤器相比，从空气中捕获颗粒能够以更低的能量消耗来实现，所以该设备设计很受欢迎。这是由于当空气通过静电颗粒过滤器中的平行板之间的直通道时引起的空气压降较低。而且，当平行板结构包含大量捕获的颗粒时，平行板结构可以容易地在洗碗机中清洗或者用手洗涤，因此再生。纤维过滤器不易再生，必须作为废物丢弃。
颗粒充电段位于平行板结构的上游。其中通过高电压空气离子化，通常通过涉及细电晕线(thin corona wires)来完成颗粒充电。来自电晕线的放电离子在它们通过充电段期间吸附在空气携带的颗粒上，从而对颗粒进行充电。随后，可以借助于在下游平行板段中的相邻板之间建立的静电场来沉淀带电颗粒。
平行板过滤器结构的问题在于在沉淀段中的相邻板之间可能出现显著的漏电流Ileak。随着沉淀段中捕获的颗粒量的增加和相对湿度(RH)水平的增加，漏电流也增加。漏电流的一部分是DC漏电流，当这些表面被颗粒沉积物覆盖时，DC漏电流流经沉淀板之间的间隔物的表面。这些沉积物充当相邻板之间的导电路径，在这些导电路径之间，存在电场。已知的是沉积的香烟烟雾颗粒形成这种导电路径，导电路径随着RH的增加而增加，RH的增加是由于颗粒沉积物中吸收的水分的量随后增加。
漏电流的另一部分是尖峰电流(spiky current)，其来自跨越相邻板之间的间隙的反电晕(back-corona)放电。这些也倾向于随着RH的增加和集电板上的颗粒沉积物的量的增加而增加。
在高RH水平和/或过滤器的高颗粒负载水平下，漏电流可能超过高压电源的容量。通常，借助于限流电路设计确保漏电流不超过设定的最大值。然而，这意味着相邻板之间的电场随之被调节到较低水平。在流速恒定下，这降低了整体颗粒过滤效率η(dp)，因此降低了清洁空气输送速率(CADR)，从而还降低了功率利用因子。
因而，需要一种静电颗粒过滤器，其即使当在颗粒沉淀阶段中的漏电流增加时，也使得能够进行节能的操作。
US2014/0345463公开了一种静电沉淀装置，其中电流传感器用于检测异常放电电流，并且这可以用于关闭设备或在降低的电压下操作。US2008/0041138公开了一种空气污染传感器，其可以包括静电过滤器，该静电过滤器包括过滤器寿命终止检测。
发明内容
本发明由权利要求限定。
根据本发明的一方面，提供了一种静电空气净化设备，其包括：
颗粒充电段；
颗粒沉淀段，其包括平行电极板；
电势源，其用于在沉淀段中的相邻电极板之间施加电压；
电流传感器，其用于测量流过电极板的电流；
相对湿度传感器；
流控制器；以及
设备控制器，
其中设备控制器适于根据所测量的流过电极板的电流来控制电势源和流控制器，其中设备控制器适于：
当所测量的流过电极板的电流低于电流阈值时，实施第一正常操作模式；以及
当所测量的流过电极板的电流高于电流阈值、并且电势源和流控制器被控制以降低电流、并且所测量的电流被确定为由高相对湿度而引起时，实施第二模式；以及
当所测量的流过电极板的电流高于电流阈值，并且电势源和流控制器被控制以降低电流、并且所测量的电流被确定为由颗粒沉积段中颗粒沉积水平而引起时，实施第三模式，其中在第三模式中，控制器适于提供输出信息(38)作为输出信号，该输出信号指示需要清洁或更换沉淀段。
该设备考虑到流过沉淀电极的电流来控制静电空气净化过程，并且它还考虑了通过空气净化设备的空气的主要相对湿度(prevailing relative humidity)。电流是漏电流，并且它指示在沉淀板电极上和在间隔物的表面上积聚的颗粒，这些间隔物在相邻电极板之间维持固定距离。控制施加在相邻电极板之间的电压，以便限制漏电流，并且这防止电源(即，电势源)损坏以及诸如火灾之类的危险情形。还可能听到所产生的短路，并且短路还可能产生气味。
通过附加地控制空气流，还可以防止每单位体积的被净化的空气的功率消耗下降太低。考虑到施加到沉淀电极板的电压来控制空气流。通过监测由设备处理的空气中的相对湿度，可以确定高漏电流是否主要由高相对湿度或积聚在沉淀电极上的颗粒引起。这样，还可以诊断出高漏电流的原因。在高颗粒积聚的情况下，提供输出以指示沉淀段需要清洁或更换。
更详细地，当所测量的流过电极板的电流低于电流阈值时，设备控制器可以适于实施第一控制模式，其中在相邻电极板之间施加最大电势并且流控制器实施由设备用户所选择的流速。
当漏电流低于阈值时，这是正常操作模式，意味着设备正常工作。
当所感测的相对湿度超过湿度阈值并且所测量的流过电极板的电流超过电流阈值时，设备控制器可以适于实施第二控制模式，其中降低被施加在相邻电极板之间的电势，直到所测量的流过电极板的电流降低到电流阈值为止，并且流控制器实施流速降低，直到过滤效率达到效率阈值为止。
这是发生高漏电流时的操作模式，至少部分原因是相对湿度高。降低施加在相邻电极板之间的电压，以控制和限制漏电流，并且控制流速，以确保设备以令人满意的空气净化效率操作，因此确保令人满意的功率利用因子。
当所感测的相对湿度低于湿度阈值并且所测量的流过电极的电流超过电流阈值时，设备控制器可以适于实施第三控制模式，其中降低被施加在相邻电极板之间的电势，直到所测量的流过电极板的电流降低到电流阈值为止，并且流控制器实施流速降低，直到过滤效率达到效率阈值为止。
这是发生高漏电流时的操作模式，但原因不是相对湿度高。再次降低施加在相邻电极板之间的电压，以控制漏电流，并且还控制流速，以确保设备以令人满意的过滤效率操作。然而，该模式也指示过滤器中存在大量沉淀的颗粒。
因此，设备控制器在第三模式下可以适于提供输出信号，该输出信号指示需要清洁或更换沉淀段。
根据本发明的另一方面的示例提供了一种静电空气净化方法，包括：
使用充电段对空气流中的空气携带的颗粒进行充电；
使用颗粒沉淀段过滤空气流，该颗粒沉淀段包括相邻电极板之间具有电压的平行电极板；
测量流过电极板的电流；
感测相对湿度；以及
控制相邻电极板之间的电压，
其中设备控制器：
当所测量的流过电极板的电流低于电流阈值时，实施第一正常操作模式；以及
当所测量的流过电极板的电流高于电流阈值、并且电势源和流控制器被控制以降低电流、并且所测量的电流被确定为由高相对湿度而引起时，实施第二模式；以及
当所测量的流过电极板的电流高于电流阈值，并且电势源和流控制器被控制以降低电流、并且所测量的电流被确定为由颗粒沉积段中颗粒沉积水平而引起时，实施第三模式，其中在第三模式中，控制器提供输出信息(38)作为输出信号，该输出信号指示需要清洁或更换沉淀段。
这是由上文所定义的设备实施的方法。
当所测量的流过电极板的电流低于电流阈值时，可以实施第一控制模式，其中在相邻电极板之间施加最大电势，并且流控制器实施由设备的用户所选择的流速。
当所感测的相对湿度超过湿度阈值并且所测量的流过电极板的电流超过电流阈值时，可以实施第二控制模式，其中降低施加在相邻电极板之间的电势，直到所测量的流过电极的电流降低到电流阈值为止，并且流控制器实施流速降低，直到过滤效率达到效率阈值为止。
当所感测的相对湿度低于湿度阈值并且所测量的流过电极的电流超过电流阈值时，可以实施第三控制模式，其中降低施加在相邻电极板之间的电势，直到所测量的流过电极板的电流降低到电流阈值为止，并且流控制器实施流速降低，直到过滤效率达到效率阈值为止。
在第二模式和第三模式中使用的效率阈值例如包括特定颗粒尺寸的分级过滤效率。特定颗粒尺寸例如是200nm的颗粒直径，并且分级过滤效率阈值例如是0.9。
流控制器可以是风扇。然而，替代地，流可以是离子风。在这种情况下，流控制器可以适于控制充电段中的电晕电流，以便实施流改变。
控制方法可以至少部分地以软件实施。
附图说明
现在，参考附图对本发明的示例进行详细描述，其中：
图1示出了静电颗粒沉淀过滤器；
图2示出了使用图1的过滤器的空气净化设备；以及
图3示出了空气净化方法。
具体实施方式
本发明提供一种静电空气净化设备，其包括颗粒充电段；颗粒沉淀段；电流传感器，其用于测量流过沉淀段的电极板的电流；以及相对湿度传感器。施加到电极板的电压和通过设备的流根据流过电极板的测量电流来控制。这样，提供控制以防止漏电流过多。相对湿度信息还使得能够诊断高漏电流的原因以及沉淀段的状态，该状态有关其中沉淀颗粒的量。
图1示出了静电颗粒过滤器的基本结构。
存在颗粒充电段10，其以空气流速率φ接收污染空气流。颗粒沉淀段12包括平行板14的阵列，其通过间隔物阵列的电绝缘间隔物16而被保持就位。板包括交替的沉淀电极和收集电极。
板14的长度为Lplate并且板间隔为dplate，该板间隔由间隔物阵列维持。从沉淀段12输出经净化的空气流。用于沉淀段的电源18包括电压源，该电压源在每对相邻板14之间施加电压Vplate。因此，一组交替板接地，而另一组处于电势Vplate。一组是沉淀电极，而另一组是收集电极。
这样，带电颗粒通过静电场而沉淀到收集电极板上：
Eplate＝Vplate/dplate
该场建立在下游平行板段中的阵列中的相邻板14之间。如此，平行板段用作颗粒沉淀段。
通常遇到的家用独立空气净化器中颗粒沉淀段的设计值以及其中的工艺参数如下：
3mm≤dplate≤10mm,
3kV≤Vplate≤10kV,
0.5kV/mm≤Eplate≤1.0kV/mm,
0.5m/s≤vair≤1.5m/s(vair是相邻电极板之间的平均空气速度)，
30mm≤Lplate≤150mm(Lplate是电极板沿空气流方向的长度)，
150mm≤Hplate≤400mm(Hplate是电极板沿垂直于空气流方向的方向的高度)，
根据上文所提及的设计值和需要由净化设备净化的体积空气流速率φ，沉淀段中的电极板的数目可以超过100。
在电极板之间的层流条件下，关于使用n(dp)元电荷充电的、直径为dp的颗粒的分级过滤效率η(dp)(fractional filtration efficiency)由下式给出：
如果则/>如果则η(dp)＝1
vav表示板之间的平均空气速度，并且在沉淀段的固定维度下与流速φ成正比；
μair是空气粘度(室温下，μair＝1.8×10-5Pa.s)；
“e”是元电荷(e＝1.6×10-19C)；
Cc(dp)是Cunningham滑动修正因子。对于其对颗粒直径dp的依赖性，参考W.C.Hinds的书“Aerosol Technology:Properties,Behavior and Measurement ofAirborne Particles”第二版(John Wiley和Sons)中的第3章。
由电晕放电中的离子吸附产生的、直径为dp的颗粒上的元电荷数n(dp)的典型平均值(在某种程度上取决于电晕放电电流的强度)如下：
对于dp＝80nm，n≈2-3，
对于dp＝200nm，n≈5-6。
参考Adachi等人的Journal of Aerosol Science 16(1985)第109-123页，其中在Fuchs颗粒充电理论的基础上预测颗粒充电，并且通过实验验证。
从过滤技术领域(参见上文所引用的书“Aerosol Technology:Properties,Behavior and Measurement of Airborne Particles”中的第9章)来看，众所周知，对于直径接近200nm的颗粒尺寸而言，η(dp)达到最小值，即η(dp)＝ηmin。通常设计和操作静电过滤器，使得对于dp～200nm，ηmin≥ηset，其中ηset≥0.9。举例来说，当vair＝1m/s，dplate＝4mm并且Eplate＝Vplate/dplate＝1kV/mm时，后者效率近似在Lplate＝100mm处实现。
如上文所解释的，平行板过滤器结构的问题在于在沉淀段中的相邻板之间可能出现显著的漏电流Ileak。在高相对湿度水平和/或过滤器的高颗粒负载水平下，Ileak可以超过电源18的容量。通常，确保Ileak不超过设定的最大值Ileak,max，然而这意味着相邻板之间的电场Eplate随之要调整到较低水平，其降低了整体颗粒过滤效率η(dp)。
本发明基于响应于来自控制器的反馈来控制过滤器操作和/或空气净化器操作，该控制器接收关于环境相对湿度和漏电流水平的数据。另外，它还可以向用户发出警告以清洁或更换过滤器。
在上文所描述的范围内，图1的结构是已知的。出于使颗粒充电段中产生的臭氧最少的原因，优选使用正电晕电压进行颗粒充电，从而产生正颗粒电荷。当将相邻沉淀电极板连接到参考(零或地)电势时，这些带正电的颗粒可以从空气中沉淀到收集电极板上，该收集电极板连接到负电压Vplate。备选地，当收集电极板连接到零或地电势时，沉淀电极板可以连接到正电压Vplate。
为了实现本发明的方法，附加提供漏电流计20，其测量通过电极板到地的漏电流。从而将电流计20附接到连接到零或地电势的一组电极板。通过经由电流计将整组所有零电位电极板连接到零或地电势，测量到地的组合漏电流Ileak。电流计可以简单地实现为电流感测电阻器，其中测量电阻器两端的电压，然后将其用作控制器的输入。电流计20优选地使得能够测量DC电流基线值以及可以叠加在其上的可能的电流尖峰。然后，在时间段T内，从通过电流计的总积分电荷Q获得测量的平均漏电流Ileak，即，Ileak＝Q/T。优选地，T≥10s并且Ileak可以在时间过程中被确定为随时间的测量的电荷的移动平均值。
图2示出了整个系统，其可以被视为空气净化设备。它包括空气净化段30，其包括图1的静电空气过滤器30a，该静电空气过滤器30a包括漏电流计；以及风扇30b。
风扇30b用作流控制器。替代地，该设备可以基于离子风空气流来操作。在这种情况下，充电段10还用作流控制器。
另外，存在相对湿度计32和控制器34。控制器接收来自传感器32的相对湿度水平RH以及来自空气净化段30的板电压Vplate、漏电流Ileak和空气流速率φ。
反馈路径36使得能够调整Vplate和φ的设置，以及使得能够提供合适的显示状态消息。在空气流由离子风引起的情况下，通过控制风扇速度或通过控制充电段中的电晕电流来控制流速。因为离子风引起的空气流只能在空气净化设备的两端产生非常小的压降(≤1Pa)，所以当使用尺寸相对较小的空气净化设备处理高空气流速率(>150m3/小时)时，最好使用风扇。
控制器实现其中应用各种不同的控制设置的控制方法。
如果，在任意RH下，
Ileak<Ileak,max
则
Vplate＝Vplate,max
以及
φ≤φmax(还根据手动设置)
如果漏电流低于最大设定值Ileak,max，则使用该控制设置，确定颗粒过滤器的性能最佳并且输入功率水平的使用最佳。优选地，选择Vplate,max以便在相邻电极板之间产生0.5kV/mm≤Eplate,max＝Vplate,max/dplate≤1.0kV/mm的范围内的最大电场强度。
如果，在RH>RHset，Ileak≥Ileak,max，
则
降低Vplate，直到Ileak＝Ileak,max为止，
以及
同时降低φ，直到η(dp)＝ηset(对于dp～200nm)为止。
当存在高相对湿度以及高于最大漏电流水平Ileak,max的Vplate＝Vplate,max下的漏电流时，使用该控制设置。现在，对过滤器(板电压Vplate)和空气净化器空气流(φ)的操作设置进行调整，以应对高环境相对湿度，以便优化功率利用因子。优选地，设定水平RHset≥70％。在RH≥70％时，特别是在RH≥90％时，分隔板电极的间隔物结构的(被颗粒污染的)表面上的吸湿可能达到这样的程度，使得它在板之间形成导电路径，使得即使在收集板上仅捕获了适量的颗粒，也会在Vplate,max下产生超过Ileak,max的漏电流。例如，刚刚沉积的香烟烟雾颗粒因其在RH≥70％时的高吸湿度而特别出名，并且当空气净化设备处理被污染的潮湿空气时，它们会引起显著的漏电流。降低板电压，直到漏电流降低到最大值为止。此外，降低空气流，直到达到期望的效率为止。
如果，在RH≤RHset，Ileak≥Ileak,max时，
则
降低Vplate，直到Ileak＝Ileak,max为止，
以及
同时降低φ，直到η(dp)＝ηset为止(对于dp～200nm)。
当没有高相对湿度但漏电流高于最大水平时，使用该控制设置。对过滤器(板电压Vplate)和空气净化器(空气流φ)的操作设置进行再次调整以应对环境相对湿度，以便优化功率利用因子。在这种情况下，高漏电流主要由过滤器的高颗粒负载度而非湿度水平引起，因此显示警告消息“建议更换过滤器”或“建议清洁过滤器”。在图2中，这被显示为控制器34的输出38。过滤器负载有大量沉积颗粒，即使在低于设定阈值RHset的相对湿度值下，这也会引起高漏电流值。
在Ileak≤Ileak,max下Vplate值降低时，清洁空气输送速率(CADR)降低，并且只能通过降低φ来维持高功率利用因子。在过滤器的颗粒负载增加时，Vplate和φ所需的降低变得更加严重，并且如果不进行过滤器的更换/清洁维护，则最终会在任何相对湿度水平下均导致不可接受的过滤器性能。
图3示出了静电空气净化方法。
在步骤40中，使用充电段对空气流中的空气携带的颗粒充电。
在步骤42中，使用颗粒沉淀段过滤空气流，该颗粒沉淀段包括相邻电极板之间具有电压的平行电极板。
在步骤44中，测量流过电极板的电流。
在步骤46中，在空气净化器附近，例如，在空气入口处，感测相对湿度。
在步骤48中，根据所测量的流过电极板的电流和所感测的相对湿度，控制相邻电极板之间的电压并且控制空气流。
步骤48的控制实现如上文所讨论的操作模式中的一个操作模式。
如上文所讨论的，实施例利用控制器。控制器可以用软件和/或硬件以多种方式实现，以执行所需的各种功能。处理器是控制器的一个示例，该控制器采用一个或多个微处理器，该微处理器可以使用软件(例如，微代码)来编程以执行所需的功能。然而，控制器可以在采用或不用处理器的情况下实现，并且还可以实现为执行某些功能的专用硬件和处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关电路)的组合以执行其他功能。
可以在本公开的各种实施例中采用的控制器组件的示例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路(ASIC)、以及现场可编程门阵列(FPGA)。
在各种实现方式中，处理器或控制器可以与诸如易失性和非易失性计算机存储器(诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM)之类的一个或多个存储介质相关联。存储介质可以用一个或多个程序编码，该一个或多个程序当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，以所需的功能执行。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内，或者可以是可传送的，使得存储在其上的一个或多个程序可以加载到处理器或控制器中。
上文描述了该设备和方法如何防止设备进入不可接受的操作状态。然而，本发明还使得能够通过测量漏电流Ileak和借助于颗粒浓度感测来预测沉淀过滤器的剩余使用寿命。可以使用空气净化器中的颗粒传感器和本地环境中的颗粒传感器来执行颗粒浓度感测。这提供了针对设备维护的感兴趣的信息。该信息可以作为“输出信息”提供，并且还可以考虑相对湿度水平。
用于从空气中提取有害微粒(诸如灰尘或污染物)的静电空气净化设备会有众多且广泛的应用。上文所描述的实施例可以容易地结合在较大的空气净化单元或设备内。静电空气净化设备可以例如与一个或多个附加的空气净化设备或过滤器(诸如气体过滤器)串联组合。在这种情况下，静电空气净化设备优选地放置在一个或多个气体过滤器的上游，以便保护后者免受活性过滤表面上的颗粒沉积物的影响。备选地，本发明的一个或多个变体实施例可以与它们自身串联组合，例如，具有用于提取不同尺寸的微粒物质的合适布置的实施例。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
Claims (11)
1.一种静电空气净化设备，包括：
颗粒充电段；
颗粒沉淀段，包括平行电极板；
电势源，用于在所述沉淀段中的相邻电极板之间施加电压；
泄漏电流传感器，其附接至被连接到零或地电势的一组电极板，用以测量流过所述一组电极板至地的泄漏电流，其中在一定时间段内从通过所述泄漏电流传感器的总积分电荷获得所测量的泄漏电流；
相对湿度传感器；
流控制器；以及
设备控制器，
其中所述设备控制器适于根据所测量的泄漏电流来控制所述电势源和所述流控制器，其中所述设备控制器适于：
当所测量的泄漏电流低于电流阈值时，实施第一正常操作模式，在所述第一正常操作模式中，在所述相邻电极板之间施加最大电势，并且所述流控制器实施由所述设备的用户所选择的空气流速；以及
当所测量的泄漏电流高于所述电流阈值、并且所感测的相对湿度超过湿度阈值时，实施第二模式，在所述第二模式中，所述电势源所施加的所述电压被控制以降低所述泄漏电流、所述流控制器被控制以便减少所述空气流速直至所述过滤效率达到期望值为止，并且所测量的泄漏电流被确定为由高相对湿度而引起；以及
当所测量的泄漏电流高于所述电流阈值、并且所感测的相对湿度低于湿度阈值时，实施第三模式，在所述第三模式中，所述电势源所施加的所述电压被控制以降低所述泄漏电流、所述流控制器被控制以便减少所述空气流速直至所述过滤效率达到期望值为止，并且所测量的泄漏电流被确定为由所述颗粒沉淀段中的颗粒沉积水平而引起，其中在所述第三模式中，所述控制器适于提供输出信息作为输出信号，所述输出信号指示需要清洁或更换所述沉淀段。
2.根据权利要求1所述的设备，其中在所述第二模式中，所述设备控制器适于降低被施加在所述相邻电极板之间的电势，直到所测量的泄漏电流降低到所述电流阈值为止。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中在所述第三模式中，所述设备控制器适于降低被施加在所述相邻电极板之间的所述电势，直到所测量的泄漏电流降低到所述电流阈值为止。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中所期望的效率值包括针对特定颗粒尺寸的分级过滤效率。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述特定颗粒尺寸为200nm颗粒直径，并且所述效率阈值为0.9。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述流控制器(30b)是风扇。
7.一种静电空气净化方法，包括：
使用充电段对空气流的空气携带的颗粒充电；
使用颗粒沉淀段过滤所述空气流，所述颗粒沉淀段包括相邻电极板之间具有电压的平行电极板；
测量流过一组电极板至地的泄漏电流；
感测相对湿度；以及
根据所测量的泄漏电流来控制相邻电极板之间的所述电压并且控制所述空气流，其中在一定时间段内从通过泄漏电流传感器的总积分电荷获得所测量的泄漏电流；
其中所述设备控制器进行以下操作：
当所测量的泄漏电流低于电流阈值时，实施第一正常操作模式，在所述第一正常操作模式中，由电势源在所述相邻电极板之间施加最大电势，并且控制所述空气流以实施由设备的用户所选择的空气流速；以及
当所测量的泄漏电流高于所述电流阈值、并且所感测的相对湿度超过湿度阈值时，实施第二模式，在所述第二模式中，所述电势源所施加的电压被控制以降低所述泄漏电流，所述空气流速被降低直至所述过滤效率达到期望值为止，并且所测量的泄漏电流被确定为由高相对湿度而引起；以及
当所测量的泄漏电流高于所述电流阈值、并且所感测的相对湿度低于湿度阈值时，实施第三模式，在所述第三模式中，所述电势源所施加的电压被控制以降低所述泄漏电流，所述空气流速被降低直至所述过滤效率达到期望值为止，并且所测量的泄漏电流被确定为由所述颗粒沉淀段中的颗粒沉积水平而引起，其中在所述第三模式中，所述控制器适于提供输出信息作为输出信号，所述输出信号指示需要清洁或更换所述沉淀段。
8.根据权利要求7所述的方法，包括：在所述第二模式中，降低所述相邻电极板之间的电势，直到所测量的泄漏电流降低到所述电流阈值为止。
9.根据权利要求7或8所述的方法，包括：在所述第三模式中，降低被施加在所述相邻电极板之间的电势，直到所测量的泄漏电流降低到所述电流阈值为止。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所期望的效率值包括针对特定颗粒尺寸的分级过滤效率，所述特定颗粒尺寸例如是200nm颗粒直径，并且所述效率阈值为0.9。
11.一种计算机程序，包括计算机程序代码装置，当所述程序在计算机上被运行时，所述计算机程序代码装置适于实施根据权利要求7至10中任一项所述的方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP16201686 | 2016-12-01 | ||
| EP16201686.9 | 2016-12-01 | ||
| CN201780074474.2A CN110022982A (zh) | 2016-12-01 | 2017-12-01 | 静电颗粒过滤 |
| PCT/EP2017/081275 WO2018100197A1 (en) | 2016-12-01 | 2017-12-01 | Electrostatic particle filtering |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201780074474.2A Division CN110022982A (zh) | 2016-12-01 | 2017-12-01 | 静电颗粒过滤 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116727105A true CN116727105A (zh) | 2023-09-12 |
Family
ID=57471696
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310937577.4A Pending CN116727105A (zh) | 2016-12-01 | 2017-12-01 | 静电颗粒过滤 |
| CN201780074474.2A Pending CN110022982A (zh) | 2016-12-01 | 2017-12-01 | 静电颗粒过滤 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201780074474.2A Pending CN110022982A (zh) | 2016-12-01 | 2017-12-01 | 静电颗粒过滤 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11413628B2 (zh) |
| EP (1) | EP3548183B1 (zh) |
| JP (1) | JP7199353B2 (zh) |
| CN (2) | CN116727105A (zh) |
| WO (1) | WO2018100197A1 (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3444535A1 (en) | 2017-08-15 | 2019-02-20 | Koninklijke Philips N.V. | Ventilation unit, system and method |
| CN109579145A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-04-05 | 云森威尔智能环境（深圳）有限公司 | 一种新型鲜风空调室内机 |
| CN111715010A (zh) * | 2019-03-21 | 2020-09-29 | 北京康孚科技股份有限公司 | 轴流旋风凝并式空气过滤方法和装置 |
| US11293993B2 (en) * | 2019-09-04 | 2022-04-05 | Applied Materials Israel Ltd. | Detection of an electric arc hazard related to a wafer |
| CN113513823B (zh) * | 2021-03-22 | 2023-03-24 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种新风过滤机组的控制装置、方法和新风过滤机组 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4861356A (en) * | 1985-05-17 | 1989-08-29 | Penney Gaylord W | Close-spaced electrostatic precipitator |
| JPH08215608A (ja) * | 1995-02-17 | 1996-08-27 | Fuji Electric Co Ltd | トンネル用電気集じん機の運転制御方法 |
| JPH1190270A (ja) * | 1997-09-12 | 1999-04-06 | Ricoh Elemex Corp | 空気清浄機 |
| JP2000051736A (ja) * | 1998-08-07 | 2000-02-22 | Ricoh Elemex Corp | 電気集塵機 |
| JP2005288230A (ja) | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 集塵装置および空調装置 |
| DE602005013973D1 (de) | 2004-08-11 | 2009-05-28 | Koninkl Philips Electronics Nv | Sensorsystem für luftverschmutzung |
| JP4872381B2 (ja) | 2006-02-27 | 2012-02-08 | パナソニック株式会社 | 空気調和機 |
| JP4657168B2 (ja) | 2006-08-01 | 2011-03-23 | 三菱電機株式会社 | 空気処理装置 |
| JP4871684B2 (ja) * | 2006-09-14 | 2012-02-08 | ミドリ安全株式会社 | 電気集塵機の電源装置 |
| JP2010142773A (ja) | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Daikin Ind Ltd | 集塵装置 |
| CN202048647U (zh) * | 2011-03-03 | 2011-11-23 | 广州瑞凯安电子科技有限公司 | 对流循环恒温恒湿净化换气系统 |
| BR112014008378B1 (pt) | 2011-10-10 | 2022-06-14 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Método e sistema para comunicação |
| CN202538009U (zh) * | 2012-03-28 | 2012-11-21 | 北京净佳电子有限公司 | 主动净化因子电路结构 |
| JP2013230455A (ja) | 2012-04-29 | 2013-11-14 | Tornex Inc | 電気集塵機 |
| JP5545559B1 (ja) * | 2013-05-21 | 2014-07-09 | 株式会社トルネックス | 居室換気用電気集塵機及びそれを組み込んだ換気システム |
| EP3204164B1 (en) * | 2014-10-08 | 2021-07-07 | Sic S.r.l. | Electrostatic filter for purifying a gas flow |
| CN105750087A (zh) * | 2016-04-06 | 2016-07-13 | 珠海格力电器股份有限公司 | 空气净化器及其防积尘装置及方法 |
-
2017
- 2017-12-01 JP JP2019528920A patent/JP7199353B2/ja active Active
- 2017-12-01 WO PCT/EP2017/081275 patent/WO2018100197A1/en unknown
- 2017-12-01 US US16/465,588 patent/US11413628B2/en active Active
- 2017-12-01 CN CN202310937577.4A patent/CN116727105A/zh active Pending
- 2017-12-01 CN CN201780074474.2A patent/CN110022982A/zh active Pending
- 2017-12-01 EP EP17808081.8A patent/EP3548183B1/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7199353B2 (ja) | 2023-01-05 |
| EP3548183B1 (en) | 2022-03-30 |
| EP3548183A1 (en) | 2019-10-09 |
| WO2018100197A1 (en) | 2018-06-07 |
| US11413628B2 (en) | 2022-08-16 |
| CN110022982A (zh) | 2019-07-16 |
| JP2019536624A (ja) | 2019-12-19 |
| US20190381516A1 (en) | 2019-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7199353B2 (ja) | 静電粒子フィルタリング | |
| JP5744777B2 (ja) | 空気汚染センサシステム | |
| KR101930798B1 (ko) | 거실 환기용 전기집진기 및 이것을 내장한 환기 시스템 | |
| TWI470173B (zh) | 增強空氣純化效率之裝置、系統及方法 | |
| Wen et al. | Novel electrodes of an electrostatic precipitator for air filtration | |
| US20090169438A1 (en) | Air cleaning apparatus | |
| Kim et al. | A novel electrostatic precipitator-type small air purifier with a carbon fiber ionizer and an activated carbon fiber filter | |
| CN111213014A (zh) | 通风单元、系统和方法 | |
| US20170354977A1 (en) | Electrostatic precipitator | |
| JP6922396B2 (ja) | 換気装置 | |
| CN108480050A (zh) | 驻极体材料及静电除尘装置 | |
| JP6783161B2 (ja) | 電気集塵装置および送風機 | |
| KR102347063B1 (ko) | 복수의 홀을 구비한 수직 나노 갭 전극을 구비한 미세먼지 포집용 필터 및 이를 구비한 공기 조화 장치 | |
| KR20190129335A (ko) | 사용공간 정보를 구하는 공기 청정기 | |
| KR100871601B1 (ko) | 단일 고전압 인가 방식의 고유속용 전기집진장치 및 이의전기집진방법 | |
| CN110691963A (zh) | 灰尘测量设备和方法 | |
| US11673147B2 (en) | Air purification system | |
| Yun et al. | A novel polymer-arrayed electrostatic precipitator with electrical resistance material for the removal of fine particles | |
| JP7134356B2 (ja) | 換気システム | |
| JP2003286800A (ja) | Ｎｏ２脱硝システム | |
| JP2017064604A (ja) | 電気集じんフィルタユニット | |
| KR102089342B1 (ko) | 유전영동 방식의 입자분리모듈이 구비된 집진장치 | |
| KR20220049688A (ko) | 실내 공기질 개선을 위한 실내외 공기질 데이터 센싱을 기반으로 한 지능형 집진기와 환기시스템 | |
| JP2020157195A (ja) | 空気清浄装置 | |
| JPH03169358A (ja) | 空気清浄装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |