CN1691983A - 采用点电离源的空气过滤系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于从空气中过滤微粒的过滤系统。多个点电离源位于气流通道外围附近，并在气流通道附近处通常朝每一多个点电离源的上游方向定向产生离子。微粒收集表面位于气流通道中多个点电离源的下游方向处。微粒收集表面与接地方向相反充电有比离子电荷更多的静电荷。离子俘获器位于气流通道内多个电离源和微粒收集表面之间。相比较于微粒收集表面和离子，离子俘获器是相对电中性的。

Description

采用点电离源的空气过滤系统

技术领域

本发明涉及采用电离化空气的空气过滤系统，特别地，本发明涉及室内环境下采用多个点电离源的空气清洁系统。

发明背景

现有技术的清洁空气过滤系统中，一种类型是采用电离器以产生离子，所述离子将其自身吸附至粉尘和污垢颗粒。然后带电颗粒被收集于诸如过滤器或静电沉淀器中。此种系统的效率大大依赖于电离器的效力，以产生可被收集的带电颗粒。

常规上，已有两种类型的电离器用于清洁空气过滤系统(室内净化器)中，以增强用以收集粉尘和污垢颗粒的过滤器的性能。

一种类型的电离器由多个电线和接地板组成。当将高压施用于多个电线时，电线和板之间产生的电场使空气分子分解，产生大量离子。离子以高速移至接地板，并与空气中的粉尘和污垢颗粒碰撞，将静电电荷转移至粉尘和污垢颗粒。这种线-板类型的电离器通常置于过滤系统上游，以使粉尘和污垢颗粒预先带电，用于收集于过滤系统中。尽管是一种使颗粒带电的有效装置，但这种类型的电离器制造很昂贵，需要很高的操作电流，使其操作极昂贵，并且由于采用高电压和高电流使其存在潜在的安全隐患。这种类型的电离器通常用于控制性气域中，如熔炉和空调通道中。

另一种类型的、广泛用于室内空气清洁器或净化器的电离器是点电离器。在点电离器中，将高电压，但是比线-板类型电离器中典型使用的要低得多的电流施用于点电极或电极，以产生离子。同样，这些离子使粉尘和污垢带电，从而增强过滤器的性能。

此种清洁器或净化器的特点是点电离器置于穿过清洁器或净化器的空气的出口处或其附近。典型地，通过此操作使离子化颗粒散布于整个房间。然后，这些离子化颗粒的至少一部分将重新回到清洁器或净化器的入口，并辅助清洁器或净化器内的操作。

出口点电离器的一个实例是美国专利U.S.4,376,642，Verity，的便携式空气清洁器元件。将诸如风扇的鼓风机置于主过滤器的下游，将暴露的阴离子源置于风扇的下游，位于排气口的外表面上。主过滤器的组成为由非致癌塑料膜切碎的纤维，所述非致癌塑料膜永久性带有静电荷。阴离子源使得被净化空气离开装置壳(cabinet)时被电离。

出口点电离器的另一实例是美国专利5,268,009，Thompson等的，便携式空气过滤系统，其描述了一种用于居家，办公室或其他期望从空气中去除气载微粒物质的地方的便携式空气过滤系统。该空气过滤系统包括用于给从出口离开的空气提供阴离子的电离器。离子使空气中的外来颗粒带电荷。结果，当带电外来颗粒被吸引至系统入口时，颗粒即被保留于过滤器介质上。

出口点电离器的另一实例是美国专利5,332,425，Huang的空气净化器，其描述了一种带有扩展、锥形放电铜针的空气净化器，所述放电铜针电偶联至位于净化器外壳内的高压发生器，并产生阴离子。放电针轮廓是尖形的，带有一个尖端，并置于与排气出口毗邻。放电针沿着高压空气从净化器外壳通行的方向扩展，使得放电针对高压空气流产生应答而振动，从而增加与从净化器外壳通行的空气相混合的阴离子数量。

这些出口电离器在使颗粒带电方面非常有效，并且成本低得多而几乎没有安全隐患。然而，点电离器系统典型地位于净化器排气口处，即过滤器的下游。采用出口空气电离器，带电颗粒被释放入室内空气，并在空气中停留相当一段时间才重新循环穿越过滤器。结果，有相当量的这些带电颗粒被诸如墙壁，地毯，人体和家具表面的其他外表面除去，而非过滤器。

其他电离过滤系统采用置于过滤系统进气口处或其附近的点源电离器。典型地，这些过滤系统或者设计成使离子散布于整个房间，如出口电离器一样，或者设计成直接将离子注入至过滤系统进气口内的气流中。

将空气散布于整个房间的空气清洁装置类型的实例如Loreth等的美国专利5,980,614所示的空气清洁装置，描述了尤其用于室内空气清洁的空气清洁装置。该设备包括带有由电晕放电电极形成的单极离子源的电离设备，连接至高压源的静电沉淀器，所述静电沉淀器带有待清洁空气的流穿通道和两组电极元件，一组电极元件与另一组电极元件交错并隔开，且电势也布置成与另一组不同。虽然电晕放电电极位于装置进气口附近，但仍需对电晕放电电极进行布置使得电极处产生的离子能基本从电极随意散播，并由此基本随意地散布于电离设备放置的整个房间。同样地，Loreth等描述的装置面临如上面出口电离器所述的许多相同的不足之处。

设计成将离子直接注入至空气过滤系统的进气口处或其附近气流中，或者带有空气过滤系统内部气流的空气过滤系统，通常不能达到空气清洁的最优效率。典型地，在此种系统中，所产生的离子数量和所产生离子吸附至粉尘和污垢颗粒的能力既受离子生成源与离子集合器的近距的限制，也受离子必须吸附至空气过滤系统内的气流中的粉尘和污垢颗粒的有限时长所限制。

由此，虽然存在许多采用离子生成器及采用点源电离器的现有技术空气系统，但如上所述，这些现有技术系统还存在许多不足之处。

一些现有技术的空气过滤系统采用离心风扇以使空气运动并穿越过滤系统。尽管此种风扇很有效并可在较大压降范围内操作，但离心风扇相对噪声较大。由此，离心风扇在用于便携式室内空气过滤系统中面临明显的不足之处。轴向风扇被认为噪音较低，可传送均一直气流并可制成非常微小，但是它对压降非常敏感，由此，其在过滤系统中的用途较为有限。

发明概述

在一些实施方案中，本发明克服了现有技术空气过滤系统的许多不足之处。本发明的空气过滤系统可达到操作效率的显著改善，而不会明显遭致以带电离子污染整个室内从而引起相当量的粉尘和污垢颗粒积聚于室内其他表面上的不足，所述其他表面为例如墙壁，家具甚至人体。在一些实施方案中，通道过滤器微粒收集表面与轴向风扇组合，可使作为带有或不带有电离的便携式室内空气过滤系统的过滤系统以低噪音和低功率操作，促进了持续操作的能力，而不会伴随有由于微粒在常规过滤介质中的积累而导致的空气流速降低可。

在优选实施方案中，将多个点电离源置于气流通道外围附近处并在气流通道附近处定向产生离子，产生方向为朝每一多个点电离源的各自上游。微粒收集表面置于气流通道内，位于多个点电离源的下游方向处。微粒收集表面以与接地相反方向充电有比离子的所述电荷多的静电荷。

在另一实施方案中，将多个点电离源置于气流通道外围的附近处并在气流通道附近处定向产生离子，产生方向为朝每一多个点电离源的各自上游。微粒收集表面置于气流通道内，位于多个点电离源的下游方向处。微粒收集表面以与接地相反方向充电有比所述离子的所述电荷多的静电荷。

气流通道内在电离源和微粒收集表面之间置有离子俘获器。与微粒收集表面和离子相比，离子俘获器是相对电中性的。

在优选实施方案中，电离头的主纵轴相对于上游至下游方向成某一取向角，其中的取向角向内朝向气流通道不超过六十度，向外远离气流通道不超过九十度。

在优选实施方案中，本发明的过滤系统还包括多个流动通道，每一个多个流动通道至少部分环绕着每一各自的多个点电离源的一部分。

在优选实施方案中，微粒收集表面下游的一部分气流，通常以与上游至下游方向相反的方向引导穿过电离头。

在优选实施方案中，该部分气流被引导穿过多个流动通道中的至少一个。

在优选实施方案中，每一多个流动通道带有主纵向轴，其中每一多个流动通道的主纵向轴通常与电离头的主纵向轴平行。

在优选实施方案中，电离头包含多点电离头。

在优选实施方案中，本发明进一步包括安排用于与气流通道有效一同使用的风扇，使空气以上游至下游方向使空气穿过气流通道。

在另一实施方案中，本发明提供了过滤系统，用于气流通道中从以上游至下游方向流动的空气中过滤微粒。对点电离源进行定向，使在气流通道附近处产生离子，大多数离子相对于接地带有电荷。微粒收集表面置于气流通道内，位于点电离源的下游方向处。微粒收集表面以与接地相反方向充电有比所述离子的所述电荷多的静电荷。部分气流被定向。

在优选实施方案中，通常以与上游至下游方向相反的方向被引导穿过电离源的该部分气流，是微粒收集表面下游的气流。

在采用轴向风扇的其它实施方案中，过滤系统从气流通道中上游至下游方向流动的空气中除去微粒。如果采用了点电离源，则将其进行定向，以在气流通道附近处产生离子，离子大多数相对于接地带有电荷。通道过滤器微粒收集表面置于气流通道内，位于任选的点电离源的下游方向处，以与接地相反方向充电有比离子的所述电荷多的静电荷。风扇安排用于与气流通道的一起操作使用，使空气以上游至下游的方向穿越气流通道。

在优选实施方案中，轴向风扇位于气流通道内。

附图简述

图1.图解了本发明一个实施方案的截面图，其中清洁器组件安装有电离器、俘获器、过滤器和风扇(以上游至下游空气流动次序)；

图2.图解了本发明另一实施方案的截面图，其中清洁器组件安装有电离器、俘获器、风扇和过滤器(以上游至下游空气流动次序)；

图3.图解了本发明另一实施方案的截面图，其中清洁器组件安装有电离器、俘获器和过滤器(以上游至下游空气流动次序)；

图4.图解了本发明优选实施方案中电离器优选取向角的局部放大图；

图5.图解了本发明一个实施方案中电离器末端空气流动的详细视图；

图6.例述了本发明优选实施方案的透视分解视图。

发明详述

本发明提供了生产上相对廉价并且可用作为便携式(例如桌面式或墙壁安装式)室内空气过滤系统的空气过滤系统，并且其类型可被消费者便利地用来过滤和清洁室内空气。

在实施方案中，置于过滤器上游的多个电离源设计成在空气过滤器外面产生离子，但所述离子以相对较小面积散布于空气过滤系统的入口上游。这就使得所产生的离子能吸附空气中的粉尘和污垢颗粒，然后大部分颗粒被吸引入过滤系统的进气口并随后被收集于集合装置中。因而，无需使整个室内散布有离子即可达到操作效率，所述整个室内散布有离子可产生诸如室内表面被带有离子电荷的颗粒污染的不利影响，所述室内表面为例如墙壁和家具。

本发明的过滤系统依靠风扇或其他鼓风设备或方法，以使微粒污染的气流运动通过上游电离源，并越过下游微粒收集表面上或穿越其中。由此，本发明可包括风扇或其他鼓风设备，或者本发明可设计成安装于已包括此种鼓风设备的环境中。任一情况下，气流以上游至下游方向穿过空气过滤系统。

虽然鼓风设备可置于空气过滤系统的入口或排气端口，或者其之间的任一位置，但优选地是将鼓风设备置于微粒收集表面的下游，以使微粒污染物在诸如风扇叶片的鼓风设备上的积聚最小化。合适的风扇包括但不限于，常规的轴向风扇或离心风扇。或者，通过污染的空气或通过简单对流，可使微粒污染的穿过本发明的空气过滤系统。通过热源产生的对流而运动的空气可被引导穿过空气过滤系统，而无需任何机械辅助。

图1例述了本发明一个实施方案空气过滤系统10的截面图。空气从入口12至排气口14穿过空气过滤系统10。通过空气过滤系统10的外壁16或通过空气过滤系统10置于其中的环境而形成气流腔。在后一情况中，气流腔可以是存在的空气管道，例如空调系统中。通常，空气以上游至下游方向从入口12至排气口14穿过空气过滤系统10。

置于入口12外围附近处的是多个点电离源18，所述点电离源18通常在入口12的上游方向产生离子。由此，点电离源18向空气过滤系统外将离子散布于入口12的前面。在优选实施方案中，点电离源18与纯上游方向向内所成角度β不超过60度，与纯上游方向向外所成角度α不超过90度。以此方式指引的点电离源18能够产生的离子不仅可穿过入口12，而且可向外散布于入口12的前面，此处这些离子可吸附至空气中的粉尘和污垢颗粒。

在优选实施方案中，点电离源18由多点电离头和高压电源组成。可使用的高压电源的实例是购自Collmer Semiconductor，Dallas，Texas的负14千伏(-14KV)电源，产生的是带负电荷的离子。可采用平均纤维直径10微米的导电性纤维制造多点电离头。可使用的此种多点电离头的实例是型号为FA1-7-2，由中国台湾Chung-Li市Fu FongEnterprises Co.制造，120伏特交流、50-60赫兹下操作，产生7千伏特直流负电的多点电离头。

多个点电离源18，多个点电离源18的位置以及点电离源18的方向的组合可以有效产生离子，所产生的离子能有效吸附至空气中的粉尘和污垢颗粒，并能防止整个室内被离子污染而造成粉尘和污垢颗粒必然沉积于诸如墙壁，接地，天花板和家具的室内表面的后果。

离子俘获器20可置于空气过滤系统10的空气流动蒸汽内，以俘获某些穿越的离子，并帮助防止点电离源18产生的离子云向空气过滤系统10的入口12之外散布得太过遥远。离子俘获器20从空气蒸汽中除去过量的离子，并保护微粒收集表面22免受中和。以此种方式安置的，位于点电离源18下游的离子俘获器20的使用可进一步辅助防止整个室内被离子污染。

位于点电离源18下游的，并且在此实施方案中位于离子俘获器20下游的是微粒收集表面22，所述微粒收集表面22在此实施方案中被示例为过滤器。需要意识到的是，微粒收集表面22可以是无源过滤介质，带电荷收集表面或集合栅板，所有这些均是本领域人员已知的。在优选实施方案中，离子俘获器20是有效联至带电接地的每平方英寸36目的网筛(每平方厘米5.58目)。微粒收集表面22可以是带静电的通道流动过滤器。

在本发明应用中，通道过滤器由于其对气流的低阻力及被污染物堵塞的敏感性减少，因而优选地用作为过滤介质。以某一方式构建通道过滤器，从而提供相对开放的气流通道阵列，使空气穿过通道时微粒物质即被除去。当空气穿过过滤器通道时，微粒物质即沉积并俘获于通道壁上。可按许多配置并以一系列材料制造通道过滤介质。

可以置于类似蜂巢结构内的材料的轮廓层(contoured layers)直接浇铸或生成通道过滤介质，所述类似蜂巢的结构带有开式气流通道。将轮廓层安置在一起以形成通道过滤器时即确定了引导穿过介质的空气通道的多个入口开口。流体通道进一步带有允许空气进入，穿越和离开介质而不必穿越轮廓层的出口开口。可由纤维网、薄膜或其组合形成类似蜂巢的结构。通道过滤器可包括扩展的表面积材料，如精细无机纤维，聚合人造纤维，纸和一些结构薄膜。

基于网状的通道过滤介质实例描述于Japanese Kokai 7-144108(1995年6月6日出版)中。该出版物指出，以驻极体带电非纺织过滤介质形成蜂巢过滤器(例如，类似于皱纹状薄纸板的褶状皱纹过滤介质)是众所已知。该专利申请公开了用带电微纤维过滤介质和带电分片纤维过滤介质的过滤介质层压板生成过滤结构(例如类似于美国专利RE30，782中公开的内容)，从而增加此种过滤结构的长期效率。其它构造描述于Japanese公开7-241491(1995年9月19日出版)，该出版物公开了同上的一种蜂巢过滤器，其中形成皱纹状蜂巢结构的褶状层和平面层是驻极体带电非纺织过滤介质和吸附剂过滤介质(活化的以碳作填料的薄片等)的可选层(alternating layers)，所形成的活化碳层优选地带有衬垫(例如非织的)，所述衬垫也可以是驻极体带电。Japanese公开10-174823(1998年6月30日出版)公开了另一种蜂巢型的过滤器，其中形成蜂巢结构的过滤材料由驻极体带电非织过滤层和抗菌过滤层的层压板而生成。对于苛求低气流阻力且单程过滤效率不是很重要的情况，采用这些蜂巢型过滤器是有利的；例如本发明中应用的再循环型过滤器。

相比较于基于网状的结构，由聚合薄膜形成的通道过滤介质可进一步改进气流阻力的减少。此种过滤器的实例描述于美国专利3,550,257中，其中带电过滤介质采用薄膜而非非纺织介质。通过间隔棒(spacer strips)将带电薄膜隔开，所述间隔棒描述为玻璃纤维或皱纹状Kraft纸的开式孔格泡沫网络。所描述的压降依赖于间隔棒的孔隙率以及带电电介质薄膜之间的间隔。

Japanese公开物56-10314(1981年2月2日出版)公开了一种结构，其中皱纹状蜂巢结构由多个层而形成，所述层由带电聚合薄膜(限定为薄膜或非织物)形成。该出版物公开了，通过折叠过程使薄膜带有“皱纹”。类似由带电薄膜形成的薄膜型蜂巢结构另外公开于Japanese公开物56-10312和56-10313中，公开日期均为1981年2月2日。

在本发明应用中，可提供特别用途的通道过滤介质是带有扩展表面积的薄膜，所述薄膜是驻极体充电的且表面经氟化处理过。扩展表面积的薄膜具有高纵横比，很小的二维结构，所述二维结构例如为肋板、茎干(stem)、原纤维或其他离散隆起物等扩展了薄膜层至少一面的表面积的结构。类似于其网状对应物，扩展表面积的薄膜可受益于表面氟处理，所述氟处理通过低表面张力的液体气溶胶促进了对湿润的抵抗力，所述液体气溶胶可减少由驻极体电荷所导致的颗粒俘获效应。此种类型的通道流动过滤器例述于授权给Insley等的美国专利6,280,824中。

在优选实施方案中，微粒收集表面22是过滤介质，例如描述于美国专利申请公布号US2002/0005116A1，Hagglund等，电子过滤装置，所述专利权转让给3M创新公司。Hagglund等公开了一种电子过滤装置，所述装置带有带表面结构的带静电聚合薄膜层。薄膜层可配置成带有结构性薄膜层的集合孔格，通过集合孔格面和对应的空气通道限定了有次序的多个入口，由此形成开放式的多孔体积。通过结构性薄膜层形成的多个流动通道限定了空气通道。

在另一实施方案中，微粒收集表面22可以是纤维过滤器，例如3MCompany，St.Paul，Minnesota，USA制造的Filtrete^TM。

或者，微粒收集表面22可以是各种通常已知的过滤器或本领域人员已知的其他微粒集合设备的任一种。

为了增强微粒集合能力，微粒收集表面22可以带有某一电势的静电荷，所带电荷与点电离源18所产生离子的大部分电荷相反。

任选地，可在微粒收集表面22的上游直接安置一个预过滤器24，以部分保护微粒收集表面22免受过度污染。预过滤器24可由各种已知过滤型材料的任一种建造，包括活化碳网络。

在图1例述的实施方案中，风扇26位于气流通道内微粒收集表面22的下游。在此实施方案中，风扇26用来使空气以上游至下游的方向运动，从入口12至排气口14而穿过空气过滤系统10。

任选地，空气过滤系统10包括位于入口12处的入口格子28，以及位于排气口14处的出口格子30。

图2例述了本发明的备选实施方案，其中空气过滤系统10包括与如图1所述空气过滤系统10所描述的相同元件，但是次序有些微不同。

图2所例述的该备选实施方案，风扇26移至微粒收集表面22和任选的预过滤器24的上游。以此方式安置的风扇26仍用于使空气以上游至下游的方向运动，从入口12至排气口14而穿过空气过滤系统10。虽然可能没有图1中例述的实施方案那么有利，但图2中例述的实施方案仍提供了显著的操作效率和效力。虽然如图2中所示，预过滤器24和微粒收集表面22在气流中的位置相互临近，但需要意识到和理解的是，预过滤器可位于气流中的其他位置，例如置于风扇26的上游，而微粒收集表面置于风扇26的下游。

图3仍例述了本发明的另一实施方案。在图3中，空气过滤系统需依靠用于使气流传送穿过空气过滤系统10的现有装置。由此，图3中例述的空气过滤系统10可置于现有的气流环境中，而无需使用诸如风扇26的显式气流产生设备。

在图3中例述的实施方案中，空气过滤系统10位于现有气流环境的入口12附近。现有气流环境的一个实例是诸如建筑物中的空调系统。在此种环境中，空气过滤系统10可位于进入气流通道的空气的入口12的附近。此种入口12可以是收集建筑物空气并返回空调系统的空气返回寄存器。此种实施方案中的排气口14可以只是空气从空气过滤系统10至现有气流环境剩余部分的通道，或者是现有空调系统的现有管道。在此实施方案中，外壁16可以是现有气流环境的现有壁，例如现有空调系统的现有管道。

图4是点电离源18的细节特写，例述了点电离源18的优选取向角。如上所讨论，点电离源18应置于空气过滤系统10的入口12的外围附近。此外，点电离源18应以某一角度定向，以主要直接在入口12附近处产生离子，所产生的离子从气流穿过空气过滤系统10的方向来确定应朝向入口12的上游。带有轴向尺寸的点电离源18的优选取向角为直接朝向穿过空气过滤系统10的气流的上游。这种定向可引导朝入口12上游产生的大部分数量的离子。其它的取向角包括相对于上游方向向内角度β不超过60度。向内定向超过60度并不会典型地导致朝入口12上游产生足够离子从而有效辅助空气过滤系统中粉尘和污垢颗粒的收集。尤其是，向内取向角α为90度的错流电离器可导致离子的无效产生。

或者，点电离源18相对于上游方向可向外成不超过90度的角度。已经发现，向外取向角超过90度可导致所产生的离子大部分朝下游方向，并产生于空气过滤系统10的气流通道外面。这可导致室内环境的离子饱和，并导致如上所讨论的此种饱和的不足。然而，已经发现向外取向角达到90度主要会导致朝上游方向的离子的产生，尤其是当与穿过空气过滤系统10的气流运动相结合，空气通过入口12被吸引入空气过滤系统10时。优选地，点电离源18相对于上游方向朝外定向。

显然，一个多个点电离源18的取向角可与另一个此种多个点电离源18的取向角不同。例如，一个多个点电离源18可直接朝上游方向(如图4例述所成角度为0度)，而另一个多个点电离源18可朝内定向成40-45度角。此种取向角的混合可能是理想的，例如在特定的室内构造中。

图5例述了空气过滤系统10备选实施方案部分截面的特写视图。图5的空气过滤系统10类似于图1中例述的空气过滤系统10，类似之处在于空气过滤系统10在其上游末端处带有入口12，气流以朝向下游的方向穿过任选的入口格子28，点电离源18(图中仅示出一个)，离子俘获器20，微粒收集表面22，任选的风扇26和任选的出口格子30，从而通过空气过滤系统10。然而，图5中例述的空气过滤系统10的实施方案包括一个气流通道32，所述气流通道以朝向上游的方向引导空气穿过或经过点电离源18。可以任意方式将此气流通道构建于空气过滤系统10的气流通道的内部或外部。此种气流通道可利用穿过空气过滤系统10的气流通道的空气，或者可利用来自隔离源的空气。在优选实施方案中，空气过滤系统10的部分气流通道被壁34所隔离出，从而将被吸引穿过气流通道的部分空气向上游传送回去，并直接穿过点电离源18。由于取自微粒收集表面22下游侧的空气所处压力是空气过滤系统10所处室内的环境气压，因而空气可向上游经过点电离源18而无需另外的机械辅助。当然，应意识到并理解的是，使空气以朝上游的方向通过点电离源18的其他装置可预想地包括采用机械辅助的隔离源装置。空气通过点电离源18不仅帮助离子朝入口12的上游方向分散，而且甚至可能更显著的是，辅助防止微粒物质在点电离源18上的积累，从而保持点电离源18干净并更有效率。

图6是图1例述的空气过滤系统10的透视图。穿过空气过滤系统10的气流来自于上游方向，从入口格子28穿行至出口格子32。点电离源18置于入口12的外围附近处，主要以朝入口12的上游方向引导所产生的离子。离子俘获器20置于入口12的下游，以限制离子扩散于整个室内。微粒收集表面22置于离子俘获器20的下游，以收集微粒物质，所述微粒物质已吸附至穿越空气过滤系统10的离子。风扇26为气流穿过空气过滤系统10提供了机械辅助。

虽然上述实施方案中已描述并例述了诸如带有两个点电离源18的空气过滤系统10，需要意识到并理解的是可考虑在其他实施方案中带有超过2个的多个点电离源。尤其是，点电离源18的数量可以是等于或大于二的任何数字。当然，通过采用其它点电离源虽可达到另外的好处，但随着点电离源18数量的增加，通过增加一个以上点电离源18而获得的另外好处即会减少。由此，随着点电离源18数量的增加，另外的点电离源18的成本收益比例预计最终将下倾。

在优选实施方案中，点电离源18带有电离头，所述电离头在入口格子28的外表面之后凹进5毫米。在备选实施方案中，点电离源18的电离头在入口格子28的外表面之后凹进10毫米。优选地，电离头凹进处的入口格子28所带有的孔直径为8毫米。在备选实施方案中，电离头凹进处的入口格子28所带有的孔直径为20毫米。

在优选实施方案中，可通过对市售商品进行改造而构建空气过滤系统10，所述市售商品即Pollenex Model PA115，购自Pol1enex，TheHolmes Group，Milford，Massachusetts。以购自Dayton ElectricManufacturing，Niles，Illinois的Dayton 105 CFM AC轴向风扇4WT47替换原有的风扇26。点电离源18与中心线即Z轴，空气净化器的前端面对称安装。点电离源18是电绝缘的，且点电离源18与离子俘获器20是电隔离的。离子俘获器20带电接地。

优选的是两种类型的点电离源18，针尖电极和纤维电极。针尖电极是带有40微米直径尖端的钨针。纤维电极由导电性纤维制成，平均纤维直径为10微米。

优选的微粒收集表面22是带静电的过滤介质，如美国专利申请公开号US2002/0005116 A1中所述，或者由3M Company，St.Paul，Minnesota制造的Filtrete^TM。当然，可考虑其他类型的带静电过滤介质并可用于本发明中。

对本发明的各种修正和改变对本领域人员而言是显而易见的，并不会背离本发明范围和精神。应当理解，本发明并不限于上述的示例的实施方案。

Claims (47)

1.一种过滤系统，用于过滤气流通道中从上游至下游方向流动的空气内的微粒，包括：

多个点电离源，所述的多个点电离源分别位于所述气流通道外围附近，并在所述气流通道附近通常以各自所述的多个点电离源的上游方向被定向产生离子，所述离子大部分相对于接地带有电荷；以及

位于所述气流通道内，在所述多个点电离源下游方向的微粒收集表面，所述微粒收集表面以与接地相反方向充电有比所述离子的所述电荷更多的静电荷。

2.权利要求1中的过滤系统，其中所述多个点电离源分别包含带有主纵向轴的电离头。

3.权利要求2中的过滤系统，其中所述电离头的所述主纵向轴相对于所述上游至下游方向以某一取向角定向，并且其中所述取向角向内朝向所述气流通道不超过六十度，向外远离所述气流通道不超过九十度。

4.权利要求2中的过滤系统，其中所述电离头包含多点电离头。

5.权利要求1中的过滤系统，进一步包括安置用于与所述气流通道一起运转使用的风扇，从而使所述空气以上游至下游的方向运动穿过所述气流通道。

6.权利要求1中的过滤系统，其中所述微粒收集表面包含过滤器。

7.一种过滤系统，用于过滤气流通道中从上游至下游方向流动的空气内的微粒，包括：

多个点电离源，所述的多个点电离源分别位于所述气流通道外围附近，并在所述气流通道附近，通常以各自所述的多个点电离源上游的方向被定向产生离子，所述离子大部分相对于接地带有电荷；

位于所述气流通道内，在所述多个点电离源下游方向的微粒收集表面，所述微粒收集表面以与接地相反方向充电有比所述离子的所述电荷多的静电荷；

位于所述气流通道内，所述多个电离源和所述微粒收集表面之间的离子俘获器，与所述微粒收集表面和所述离子相比，所述离子俘获器是相对电中性的。

8.权利要求7中的过滤系统，其中所述多个点电离源分别包含带有主纵向轴的电离头。

9.权利要求8中的过滤系统，其中所述电离头的所述主纵向轴相对于所述上游至下游方向成某一个取向角，并且其中所述取向角向内朝向所述气流通道不超过六十度，向外远离所述气流通道不超过九十度。

10.权利要求8中的过滤系统，进一步包括多个流动通道，每一所述多个流动通道至少部分环绕着各自所述多个点电离源的至少一部分。

11.权利要求10中的过滤系统，其中部分气流通常以与所述上游至下游方向相反的方向被引导通过所述电离头。

12.权利要求11中的过滤系统，其中所述气流的所述部分是所述微粒收集表面下游的气流。

13.权利要求11中的过滤系统，其中所述气流的所述部分被引导穿过所述多个流动通道中的至少一个。

14.权利要求13中的过滤系统，其中所述多个流动通道分别带有主纵向轴，并且其中每一所述多个流动通道的所述主纵向轴通常平行于所述电离头的所述主纵向轴。

15.权利要求14中的过滤系统，其中所述电离头包含多点电离头。

16.权利要求13中的过滤系统，进一步包括安置用于与所述气流通道一起运转使用的风扇，从而使所述空气以上游至下游的方向运动穿过所述气流通道。

17.权利要求13中的过滤系统，其中所述微粒收集表面包括过滤器。

18.一种过滤系统，用于过滤气流通道中从上游至下游方向流动的空气内的微粒，包括：

带有主纵向轴的点电离源，所述的点电离源在所述气流通道附近，通常以所述点电离源上游的方向被定向产生离子，所述离子大部分相对于接地带有电荷；

位于所述气流通道内，在所述点电离源下游方向的微粒收集表面，所述微粒收集表面以与接地相反方向充电有比所述离子的所述电荷多的静电荷；以及

位于所述气流通道内，在所述电离源和所述微粒收集表面之间的离子俘获器，与所述微粒收集表面和所述离子相比，所述离子俘获器是相对电中性的；

一部分所述气流通常以与所述上游至下游方向相反的方向被引导通过所述电离源。

19.权利要求18中的过滤系统，其中所述气流的所述部分是所述微粒收集表面下游的气流。

20.权利要求18中的过滤系统，进一步包括至少部分环绕着所述点电离源的至少一部分的流动通道。

21.权利要求20中的过滤系统，其中所述气流的所述部分被引导穿过所述多个流动通道。

22.权利要求21中的过滤系统，其中所述流动通道带有主纵向轴，并且其中所述流动通道的所述主纵向轴通常平行于所述电离头的所述主纵向轴。

23.权利要求18中的过滤系统，其中所述电离头包含多点电离头。

24.权利要求18中的过滤系统，进一步包括安置用于与所述气流通道一起运转使用的风扇，从而使所述空气以上游至下游的方向运动穿过所述气流通道。

25.权利要求18中的过滤系统，其中所述微粒收集表面包括过滤器。

26.一种过滤系统，用于过滤气流通道中以上游至下游方向流动的空气内的微粒，包括：

带有主纵向轴的点电离源，所述点电离源在所述气流通道附近，通常以所述点电离源上游的方向被定向产生离子，所述离子大部分相对于接地带有电荷；

位于所述气流通道内，以所述点电离源下游方向的微粒收集表面，所述微粒收集表面以与接地相反方向带有与所述离子的所述电荷相反的静电荷；

位于所述气流通道内在所述多个电离源和所述微粒收集表面之间的离子俘获器，与所述微粒收集表面和所述离子相比，所述离子俘获器是相对电中性的；

安置用于与所述气流通道一起运转使用的风扇，从而使所述空气以上游至下游的方向运动穿过所述气流通道；和

所述微粒收集表面下游的一部分所述气流被所述风扇驱使，通常以与所述上游至下游方向相反的方向通过所述电离源。

27.权利要求26中的过滤系统，进一步包括至少部分环绕着所述点电离源的至少一部分的流动通道。

28.权利要求27中的过滤系统，其中所述气流的所述部分被引导穿过所述多个流动通道。

29.权利要求28中的过滤系统，其中所述流动通道带有主纵向轴，并且其中所述流动通道的所述主纵向轴通常平行于所述电离头的所述主纵向轴。

30.权利要求27中的过滤系统，其中所述电离头包含多点电离头。

31.权利要求28中的过滤系统，其中所述微粒收集表面包括过滤器。

32.一种过滤系统，用于过滤气流通道中从上游至下游方向流动的空气内的微粒，包括：

在所述气流通道附近处定向产生离子的点电离源，所述离子大部分相对于接地带有电荷；以及

位于所述气流通道内，在所述点电离源下游方向的微粒收集表面，所述微粒收集表面以与接地相反方向充电有比所述离子的所述电荷多的静电荷；

一部分所述气流通常以与所述上游至下游方向相反的方向被引导通过所述电离源。

33.权利要求32中的过滤系统，其中所述气流的所述部分是所述微粒收集表面下游的气流。

34.权利要求32中的过滤系统，进一步包括至少部分环绕着所述点电离源的至少一部分的流动通道。

35.权利要求34中的过滤系统，其中所述气流的所述部分被引导穿过所述流动通道。

36.权利要求32中的过滤系统，其中所述电离头包含多点电离头。

37.权利要求32中的过滤系统，进一步包括安置用于与所述气流通道一起运转使用的风扇，从而使所述空气以所述上游至下游的方向运动穿过所述气流通道。

38.权利要求32中的过滤系统，其中所述微粒收集表面包括过滤器。

39.一种便携式过滤系统，用于过滤气流通道中以上游至下游方向流动的空气内的微粒，包括：

形成气流通道的便携式外壳；

位于所述气流通道内的通道过滤微粒收集表面，所述微粒收集表面带有静电荷；以及

安置用于与所述气流通道一起运转使用的轴向风扇，从而使所述空气以所述上游至下游的方向运动穿过所述气流通道。

40.权利要求39中的过滤系统，进一步包括在所述气流通道附近被定向产生离子的点电离源，所述离子大部分相对于接地带有电荷，其中所述微粒收集表面位于所述点电离源的下游方向，并以与接地相反方向充电有比所述离子的所述电荷多的静电荷。

41.权利要求40中的过滤系统，其中所述轴向风扇位于所述气流通道内。

42.权利要求41中的过滤系统，其中所述点电离源通常在所述点电离源的上游方向产生离子。

43.权利要求41中的过滤系统，包括多个点电离源，所述多个点电离源分别在所述气流通道的附近被定向产生离子，所述离子大部分相对于接地带有电荷。

44.权利要求43中的过滤系统，其中所述多个点电离源通常在所述多个点电离源的上游方向产生所述离子。

45.权利要求44中的过滤系统，其中所述多个点电离源分别包括带主纵向轴的电离头，并且其中所述电离头的所述主纵向轴相对于所述上游至下游的方向以某一取向角定向，并且其中所述取向角向内朝向所述气流通道不超过六十度，而向外远离所述气流通道不超过九十度。

46.权利要求45中的过滤系统，其中部分所述气流通常以与所述上游至下游方向相反的方向被引导通过所述电离头。

47.权利要求46中的过滤系统，其中所述气流的所述部分是所述微粒收集表面下游的气流。

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