CN1980744A - 用于空气净化的设备 - Google Patents

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Abstract

一种空气净化设备(10)具有颗粒充电区域(12)以及过滤器(14)，所述颗粒充电区域(12)包括：具有多个孔隙(18)的导电板(16)，空气能穿过所述孔隙；和多个电晕发射极(22)，每个电晕发射极都与孔隙相关联。

Description

用于空气净化的设备
技术领域
本发明涉及空气净化设备中的改进以及空气净化设备。
背景技术
从空气中净化颗粒物体的通常方法是让空气通过电晕线和接地板的颗粒充电阵列并且随后在电场中沉淀充电颗粒，通常沉淀到交替地布置在高电势和接地电势的金属板的阵列上。这种设备通常称为静电除尘器。
常规静电除尘器存在着很多缺点。为了高效率，电晕充电线必须小心且中心地布置以确保颗粒的均匀充电。这些线快速地收集线表面上的灰尘，降低电晕充电电流并产生不均匀的电晕，从而导致效率降低。在清洁电晕线时，由于其易脆的性质，它们经常弯曲或运动为不对齐。如果正确地操作，电晕线沿着其长度实现良好的初始充电，但是在必须附接至支撑框架的端部却非如此。流过线端部的空气就没有被有效地充电并且这会导致总体效率的降低。而且，为了高效率，需要相对大的电流供应至电晕线，从而导致了高的臭氧水平和成本较高的电力供应。
发明内容
本发明的目标是提供一种改进的空气净化设备。
根据本发明，提供了一种具有颗粒充电区域和过滤器的空气净化设备，所述颗粒充电区域包括：具有多个孔隙的导电板，空气能穿过所述孔隙；和多个电晕发射极，每个电晕发射极都与孔隙相关联。
孔隙优选地是圆形的，并且每个孔隙优选地有一个电晕发射极与之相关联。每个发射极优选地位于其孔隙的中心。发射极优选地支撑在导电棒上。发射极优选地具有尖点并且其形式可以是优选地长度介于3至30mm之间的触针。可选地，发射极的形式可以是三角形齿。
发射极可定位为使得其尖点在导电板后面。可选地，发射极的尖点可以与导电板基本上处于同一平面中。
本发明的空气净化设备可使用任何适合的过滤器。在一个优选实施例中，过滤器可以是静电过滤器。在另一优选实施例中，过滤器可以是纤维介质过滤器。在本发明的又一优选实施例中，过滤器可以是驻极体过滤器。驻极体过滤器优选地包括有开槽塑料板材料的层阵列。
在本发明的又一优选实施例中，过滤器可包括有开槽塑料板材料的层阵列，并且介于各层间的电极连接到高压源。电极优选地是纸制的或者利用导电墨水形成。
导电板可以包括金属板。另外，有孔塑料屏可以提供在导电板的上游。塑料屏优选地是孔隙尺寸范围为1至10mm的相对平坦的板。孔隙优选地是圆形的或矩形的。可选地，塑料屏可具有三维结构，比如栅网。
在本发明一个可选的优选实施例中，导电板可包括其内表面上除了与电晕发射极相关的区域之外都涂覆有导电材料的塑料栅网。那些区域优选地是圆形的。
在本发明的又一优选实施例中，导电板可包括其内表面上除了与电晕发射极相关的区域之外都涂覆有非导电材料的金属栅网。金属栅网的形式可以是金属丝网。非导电材料可以是涂料或由塑料制成。金属栅网的涂覆区域优选地是圆形的。
有利地是本发明的设备中还包括预过滤器。预过滤器可以定位在充电区域之前或者可以定位在充电区域和过滤器之间。优选的预过滤器可以由网状开孔式聚合体泡沫材料(优选为聚酯)制成，其尺寸范围为每线性英寸具有10至80个微孔(ppi)，更优选地为30-60ppi。优选地，预过滤器的深度根据具体应用需要介于3mm和25mm之间。
附图说明
现在将仅以举例的方式参照附图进一步描述本发明，在附图中：
图1是穿过本发明第一实施例的电场充电器和过滤器的截面图；
图2是图1所示电场充电器的平面图，空气流动为如同远离观察者地进入纸面；
图3是穿过常规静电除尘器的电晕线电场充电器和除尘器的截面图；
图4是图3所示静电除尘器的平面图，空气流动为如同远离观察者地进入纸面；
图5是穿过本发明第二实施例的较浅电场充电器和过滤器的截面图；
图6是穿过本发明第三实施例的电场充电器和过滤器的截面图，其中电场充电器前面具有塑料屏或栅网；
图7和8示出了本发明的第四实施例，其利用塑料栅网来替代图1和2所示实施例中的导电板；
图9是电场充电器性能的曲线；
图10示出了本发明的另一实施例；和
图11示出了图10实施例的变型。
具体实施方式
参照附图中的图1和2，空气净化设备10包括颗粒充电区域12和过滤器14。颗粒充电区域12包括具有孔隙18的接地导电板16，空气通过所述空隙在箭头方向上被拉入或吹入。
在每个圆形孔隙18后面，定位有中心地布置的电晕发射极触针(corona emitter pin)20，其支撑于导电棒22上并且相对于通常处于接地电势的导电板16处于高电压。由发射极触针20产生的空气离子24的流(以虚线示出)在电场的作用下朝着导电板16运动。离子24从发射极触针20的末端锥形分布地散开并且它们基本上都沉积在导电板16上并且更具体地说沉积在每个圆形孔隙18周围的圆周附近。
颗粒充电区域12、电晕发射极触针20和导电棒22的组合被称作电场充电器，因为在受控的电场内实现了电晕发射和颗粒充电。
设备10被设计为使得所有进入的空气不得不穿过导电板16的圆形孔隙18。悬浮在空气流中的颗粒不得不运动经过从每个电晕发射极触针20流出的高速空气离子24的锥体。快速运动的空气离子24与悬浮颗粒撞击并将它们充电。
悬浮在空气流中的充电颗粒然后进入过滤器14，在该处它们被静电力捕获并被有效地从空气流中移走。适合的过滤器14可以是静电除尘器的金属板或者纤维介质过滤器或者由驻极体材料制成的过滤器。然而，优选的过滤器如GB2352658所述，利用具有隐藏电极的有槽塑料板材料的阵列。这种充电区域和过滤器的组合的优点在于，能以低的压降和低的电晕电流实现非常高的效率。
为颗粒充电所产生的所有空气离子都在发射极触针的电晕中产生。从每个触针发出的高速空气离子流确保了触针保持基本上洁净，因为其能将大颗粒吹走，不然的话大颗粒会与触针末端撞击从而停止或减少电晕发射。
相反，在常规的静电除尘器中，如附图中的图3和4所示，电晕发射沿着电晕线30的长度发生。这显示了比触针末端大得多的暴露面积以收集大的灰尘颗粒，这将会抑制电晕放电。实验室试验显示电晕电流的显著降低并且因此仅能使用几天。而且，沿着电晕线30的离子“风”的速度比电晕发射极触针的情况小得多。这些组合的因素要求，具有电晕充电线的静电除尘器必须更加频繁地清洁以维持颗粒的高效充电。
前述常规静电除尘器的另一缺点在于，电晕线30相对易脆并且在清洁时易于弯曲或移动为不对齐从而导致效率损失。为了一直确保高效率，电晕线电场充电器32的电晕线30必须保持在两个相邻接地板34的中心并与之平行。又一缺点在于，电晕放电不能在电晕线10的必须附接于支撑框架但与之绝缘的端部处有效地发生，从而又导致了效率损失。
常规静电除尘器的又一缺点在于，在除尘段40的接地收集板36和高压板38之间需要大的间隔距离以防止板之间的电击穿。通常，最大的容许电场强度是每毫米500伏特。相反，根据GB 2352658构建的静电过滤器能实现每毫米5000伏特的工作电场强度而没有电击穿的危险。电场强度中的这种十倍增大能用来实现高得多的过滤效率或者更薄的过滤器。
相反，在附图中的图1和2所示的实施例中，所有空气通过穿过圆形孔隙18都进入充电区域12。这种布置的对称性确保了穿过电场充电器的空气流中所有颗粒的充电，从而产生了更高的捕获效率。而且从电晕发射极触针20发出的空气离子的速度是如此地高以致于大的灰尘颗粒被从触针末端吹走而不会粘着以致于在触针末端上积累灰尘。这样就使得很少需要清洁。
转向附图的图5，本发明的第二实施例具有比图1和2所示实施例更小深度的充电区域50和类似的过滤器14′。导电棒22上的离子发射极触针20在与导电板16的圆形孔隙相同的平面中具有尖点。通过这种布置，对于施加于电晕触针的任何给定电压，离子发射电流都是最大的。在所述实施例中，电晕触针通常为长度介于3mm和30mm之间的尖锐触针，但是电晕发射也能利用任何尖锐的导电点来实现，比如锯齿形三角形齿。对于这种布置之下的离子电流流动的检查显示，电流同时流动至导电板16的圆形孔隙18的外面和内部。
本发明的第三实施例在附图的图6中示出。塑料屏或栅网或栅格或网状物60布置在充电区域62的上游并与之紧邻。塑料屏60基本上打开以允许空气自由流动并且是保护性的以防止电击。塑料屏可以由很多塑料制成，只要它们是非导电的。塑料屏能是具有尺寸范围约1mm至10mm的圆形或矩形孔的相对平坦的塑料板，或者塑料屏能具有基本上三维的结构。将塑料屏布置为紧靠孔将强烈地影响离子发射。对于发射极触针64上的给定电压，与其中没有塑料屏的实施例相比电流降低。为了优化这种布置的情形，触针上的电压可以增大以提高基本上流到导电板68的圆孔66内侧的离子发射电流。
附图的图7和8描述了第四实施例，其具有塑料栅网80以代替图1所示实施例的充电区域的导电板。塑料栅网80具有由导电涂层覆盖(相应于离子发射极86定位的圆形区域84除外)的内表面82。没有导电涂层的圆形区域84确保了离子散布到导电覆层区域。这种布置具有对气流阻力较低的益处。
第四实施例的一种可选方案是使用导电金属栅网，例如金属丝网，其具有印刷在其内表面上的非导电塑料或涂料屏的圆形区域，该圆形区域相应于离子发射极的定位，没有导电涂层的圆形区域确保了离子散布到导电覆层区域。
所述实施例参照圆形孔隙。然而也可以有效地使用其它孔隙形状，包括方形、矩形、椭圆形和六边形孔隙。
能应用于本发明所有实施例的调节离子发射电流的可选方法包括改变发射极触针的长度、改变从发射极触针末端到孔隙平面的距离、改变孔隙尺寸(已经试验了尺寸范围从20mm至70mm的孔)、改变应用于发射极触针的电压、以及改变电场充电器的高度。
通过在导电板中使用方形或矩形孔隙并且电晕发射极触针20相对于方形或矩形孔隙中心地布置，可以变化如图1和4所示的第一和第二所示实施例。这些孔隙能通过多种方式形成，包括切割或冲压金属板，通过形成棒的栅格，或者对于所有其它实施例都可以这样，通过将它们形成于导电塑料中。在需要压降非常低的应用中，将方形或矩形孔隙的开口面积与导电板总面积之比最大化。
本发明的另一实施例在导电板中使用六边形孔隙并且在所有其它方面类似于图1和4所示的实施例，因为电晕发射极触针20相对于每个六边形孔隙中心地定位。
现在将参照表1&2以及图1描述使用四种不同电场充电器设计时性能特性的对比。
共同的过滤器(T464)用来与每个不同的电场充电器相结合。气流控制在每秒钟2.5米的面速度。利用氯化钠颗粒来产生试验的悬浮颗粒。利用对空气净化设备上游和下游的0.3微米尺寸颗粒进行测量的颗粒计数器(Lighthouse Handheld Model 3016)从而确定效率。
过滤器(T464)是根据GB 2352658构建的静电过滤器，深度为25mm、碳墨电极宽度为10mm、槽高度为1.5mm、工作电势为8千伏。
常规的线板式电场充电器32(参见表1和图3)利用直径为0.2mm的钨电晕线30来构建，所述电晕线30中心地安装在分开22mm的金属板34之间。板的深度为11mm。
方形、圆形和六边形孔隙电场充电器(参见表1和图1)提供有长度为10mm、直径为0.6mm且支撑在直径为3mm的导电钢棒22上的电晕发射极触针20。
表1
   电场充电器类型    有效尺寸    深度    孔隙编号    孔隙尺寸
   方形栅格圆形孔常规线/板六边形过滤器型过滤器T464   200×200mm200×200mm200×200mm200×200mm200×200mm   17mm13mm11mm16mm25mm     1616不适用33不适用     4342不适用40不适用
表2中的试验结果示出了利用圆形孔隙、方形栅格孔隙、六边形孔隙和常规电晕线板式电场充电器的过滤效率。
对于每个电场充电器，表2中示出和附图的图9中画出了升高电晕电流时所确定的效率。
表2
                        使用不同电场充电器时的过滤效率(％)
  电晕电流(微安)   方形栅格(％)   圆形孔％   常规线/板％     六边形％
    1632486480   85.992.595.998.298.4   86.496.999.399.699.9     55.873.685.691.495.8     83.594.997.699.699.8
能看出，圆形孔隙的电场充电器实现了每微安电晕电流的最高效率。方形栅格和六边形孔隙实现了较低的效率，并且利用常规的电晕线板式电场充电器实现了所有之中最低的效率。
与在那些灰尘较重的应用中增大过滤效率相关的又一改进能通过利用预过滤器、电场充电器和静电主过滤器的组合来实现。
预过滤器通常与常规介质过滤器相结合使用以提供捕获较大颗粒和纤维并且允许主介质过滤器捕获较小颗粒的方式。没有预过滤器，主介质过滤器捕获大的颗粒和小的颗粒，从而导致过滤器两侧压降的快速增大，并且因而缩短了过滤器的寿命。当商用介质过滤器的压降超过一定数值(通常约为250帕)时，移除过滤器并替换为新的过滤器。如果过滤器仍然保留，那么气流速率就降低，风扇马达的动力增大并且气流中任何空调设备的能量效率比就显著降低。
通过将预过滤器安装就位以捕获大颗粒，组合的预过滤器和主过滤器就需要更长时间达到寿命终止时的压力值。在这种应用中，预过滤器在变得由灰尘充满时其使用对于过滤效率没有显著影响。
然而，很明显，给组合的电场充电器和静电过滤器提供适合的预过滤器能在负荷很重的过滤系统中产生效率上的显著改善。
附图的图10示出了预过滤器9在电场充电器和静电过滤器组合上游的定位。与附图的图1中相同的部件给出了相同的附图标记。优选地，预过滤器利用网状开孔式聚合体泡沫材料来构造，所述聚合体泡沫材料优选地为聚酯类型，尺寸范围为每线性英寸为10至80个微孔(ppi)，更优选地为30-60ppi。优选地预过滤器的深度介于3mm至25mm，取决于具体应用需要。
附图的图11示出了图10实施例的变化，其中预过滤器11被夹在电场充电器和静电过滤器之间。这种布置允许了一些空间节省并且这可应用于那些空间有限的情况。
现在将对试验进行描述，试验显示了使用适合的预过滤器所实现的效率改善。
在载有灰尘之前首先测量过滤效率和压降并且在载有灰尘之后也进行测量(参见表3和图11)。在第一种情况下没有使用预过滤器，在第二种情况下12mm深、每英寸45个微孔的预过滤器紧邻地布置在过滤器X581的上游。所使用的试验灰尘是ASHRAE 52：2试验灰尘并且装载达到相当于在尺寸为24英寸×24英寸的过滤器上为150克。这表示很重的灰尘负荷。在装载灰尘之后，利用氯化钠颗粒的试验悬浮颗粒进行效率性能试验，利用Lighthouse Handheld Model 3016颗粒计数器对0.3微米颗粒下进行测量。对于所有试验，以过滤器面速度为每秒2.5米控制电流。
表3
  装载之前的效率(％)   装载之后的效率(％)   装载之前的压降(帕)   装载之后的压降(帕)
   没有预过滤器具有预过滤器过滤器X581电场充电器型预过滤器型     98.798.6     3697.9     3558     4598
  静电，37mm深，1.5mm槽，8kv圆形孔隙，每触针5微安，Vitec RS45-FR，12mm深，35ppi
表3中的结果显示，没有预过滤器时效率在装载之后从98.7％降低到36％，而具有预过滤器时效率在装载之后仅从98.6％降低到97.9％。
这种空气净化设备的另一优点在于，其易于通过负压或洗涤来清洁而无需像常规介质过滤器那样更换。

Claims (38)

1.一种具有颗粒充电区域和过滤器的空气净化设备，所述颗粒充电区域包括：具有多个孔隙的导电板，空气能穿过所述孔隙；和多个电晕发射极，每个电晕发射极都与孔隙相关联。
2.如权利要求1所述的空气净化设备，其中孔隙是圆形的。
3.如权利要求1所述的空气净化设备，其中孔隙是方形的或矩形的。
4.如权利要求1所述的空气净化设备，其中孔隙是六边形的。
5.如权利要求1至4中任一所述的空气净化设备，其中每个孔隙都具有与之相关联的电晕发射极。
6.如权利要求5所述的空气净化设备，其中每个发射极都位于孔隙的中心。
7.如权利要求1至6中任一所述的空气净化设备，其中发射极被支撑在导电棒上。
8.如权利要求1至7中任一所述的空气净化设备，其中发射极是触针。
9.如权利要求8所述的空气净化设备，其中触针的长度介于3至30mm之间。
10.如权利要求1至9中任一所述的空气净化设备，其中发射极是三角形齿。
11.如权利要求1至10中任一所述的空气净化设备，其中发射极的尖点在导电板后面。
12.如权利要求1至11中任一所述的空气净化设备，其中发射极的尖点与导电板基本上处于同一平面中。
13.如权利要求1至12中任一所述的空气净化设备，其中过滤器是静电过滤器。
14.如权利要求1至12中任一所述的空气净化设备，其中过滤器是纤维介质过滤器。
15.如权利要求1至12中任一所述的空气净化设备，其中过滤器是驻极体过滤器。
16.如权利要求15所述的空气净化设备，其中驻极体过滤器包括有槽塑料板材料层的阵列。
17.如权利要求1至12中任一所述的空气净化设备，其中过滤器包括有开槽塑料板材料层的阵列，并且介于所述层之间的电极连接到高压源。
18.如权利要求17所述的空气净化设备，其中电极是纸制的。
19.如权利要求1至18中任一所述的空气净化设备，其中导电板包括金属板。
20.如权利要求14所述的空气净化设备，还包括位于导电板上游的有孔塑料屏。
21.如权利要求20所述的空气净化设备，其中塑料屏是孔隙尺寸范围为1至10mm的相对平坦的板。
22.如权利要求21所述的空气净化设备，其中孔隙是圆形的或矩形的。
23.如权利要求20所述的空气净化设备，其中塑料屏具有三维结构。
24.如权利要求23所述的空气净化设备，其中塑料屏是网状物。
25.如权利要求1至18中任一所述的空气净化设备，其中导电板包括其内表面上除了与电晕发射极相关的区域之外都涂覆有导电材料的塑料栅网。
26.如权利要求25所述的空气净化设备，其中所述区域是圆形的。
27.如权利要求1至18中任一所述的空气净化设备，其中导电板包括其内表面上除了与电晕发射极相关的区域之外都涂覆有非导电材料的金属栅网。
28.如权利要求27所述的空气净化设备，其中金属栅网是金属丝网。
29.如权利要求27或28所述的空气净化设备，其中非导电材料是涂料或由塑料制成。
30.如权利要求27、28或29所述的空气净化没备，其中所述区域是圆形的。
31.如权利要求1至30中任一所述的空气净化设备，其包括预过滤器。
32.如权利要求31所述的空气净化设备，其中预过滤器位于充电区域之前。
33.如权利要求31所述的空气净化设备，其中预过滤器位于充电区域和过滤器之间。
34.如权利要求31、32或33所述的空气净化设备，其中预过滤器由网状开孔式聚合体泡沫材料制成。
35.如权利要求31至34中任一所述的空气净化设备，其中预过滤器为每英寸具有10至80个微孔。
36.如权利要求35所述的空气净化设备，其中预过滤器为每英寸具有30至60个微孔。
37.如权利要求31至36中任一所述的空气净化设备，其中预过滤器的深度介于3和25mm之间。
38.一种基本上如前结合附图所述的和如附图所示的空气净化设备。
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