TWI663802B - 氣體離子化設備及清潔氣體離子化設備之方法 - Google Patents

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Abstract

本文揭示用於在離子化鼓風機中從離子化線狀電極上清除污染副產物之方法及設備。所揭示之設備包括具有氣流通道之外殼、靜止離子化導線及可旋轉框架，該框架具有用於將靜止離子化導線彈性支撐在通道內之支撐件。離子化導線產生電荷載子，且離子化導線具有一表面，當向離子化導線施加離子化信號時，該表面形成污染副產物層。該框架以可旋轉方式安裝，以使得當框架旋轉時，支撐件藉由物理手段及/或藉由電氣手段從離子化導線表面清除污染副產物層。所揭示之方法包括向離子化導線提供離子化信號以由此產生電荷載子，及相對於外殼旋轉框架以由此從離子化導線上清除污染副產物。

Description

氣體離子化設備及清潔氣體離子化設備之方法
本發明係關於對清潔離子化鼓風機之改良，該等離子化鼓風機之類型是將線狀離子化電極支撐在氣流內以用於離子化該氣流。因此，本發明之總體目的在於提供具有該種特性之新型系統、方法及設備。
靜電中和器常見在施加於銳尖電極或線狀/絲狀電極的高離子化電壓下操作。在理想情況下，此種中和器之操作應產生具有電平衡量之正離子及負離子的移動氣流，該氣流可被引導向具有待中和之不良靜電荷之鄰近物件。
上述類型之電暈放電離子化器包括離子化鼓風機。該等鼓風機之一些實例包括由或已由Simco-Ion公司(地址：1750 North Loop Road,Alameda,CA，郵編：94502)提供之以下產品：minION2緊湊型離子化鼓風機；Benchtop 6432e型鼓風機；6422e型離子化鼓風機；離子化TargetBlower 6202e型；5822i型離子化鼓風機；及5710型μWire AeroBar®離子化器。該等產品中至少一些產品是以下專利案之標的：(1)2007 年5月1日頒發之名為「空氣離子化模組及方法(Air Ionization Module And Method)」的美國專利案第7,212,393號；及(2)2008年8月5日頒發之名為「自清潔離子化系統(Self-Cleaning Ionization System)」的美國專利案第7,408,759號。該等美國專利案以引用形式全部併入本文中。
上文所論述類型之電暈離子化器的離子產生效率已知將由於有害效應而隨時間降級，該等有害效應與使用在電極尖端及電極線處出現之高電壓及高電流密度關聯。例如，腐蝕、氧化薄膜，及/或積聚在電極表面上之微粒污染是高壓電暈放電之直接後果。由於多個原因，離子生產逆相關於該等污染副產物之積聚，該等原因包括該等副產物使由常見材料形成之電極絕緣的事實。當離子產生減少時，目標物件放電時間增長，直至降級電極實際上甚至無法使用。又，污染電極易於產生臭氧及氮氧化物，該等臭氧及氮氧化物在一些應用中是不可接受的。因為目前沒有可單獨更換電極之系統，因此更換降級電極必須包括更換仍可有效操作之其他鼓風機組件。此舉無謂地浪費及費用昂貴。儘管使用鈦或矽電極可如上文所論述減少電極侵蝕/降級，但專用電極費用高昂，無法用於所有應用，且甚至隨時間也會降級。因此，更換侵蝕電極(有時位於複雜裝置中)仍然是頻繁及費用高昂之維護需求，該需求無法避免，唯有設法完成。
減少上文論述之維護之一個嘗試涉及週期性地在離子化鼓風機中清潔離子化電極。此方法之限制是在可能進行發射器清潔時必須中斷正常離子化操作。因此，只是週期性 及相對不頻繁地執行發射器清潔。當然，此意謂著離子化電極幾乎未曾以峰值效率操作。此外，污染物積聚及/或氧化薄膜可能及必定會發展至難以或不可能利用已知摩擦/物理方法/系統清潔的程度。
因此，對於離子化電極耐久性、清潔度、維護及/或更換的改良仍然是合乎需要的。
在一個形式中，本發明藉由為氣體離子化器提供至少一個可清潔式離子化線狀電極來滿足上述需求並克服有關技術之上述缺陷及其他缺陷，該可清潔式離子化線狀電極用於將非離子化氣流轉化成離子化氣流。離子化及清潔可連續及同時進行。離子化器可具有外殼，該外殼具有進口、出口，及進口與出口之間之通道，離子化氣流及非離子化氣流中之至少一者可經由該通道流動。離子化線狀電極可至少部分地安置在通道內且相對於通道為靜止，且可回應於離子化信號之提供而產生電荷載子，由此將非離子化氣流轉化成離子化氣流。當然，離子化導線將具有一表面，由於該導線被用作離子化電極之自然結果，該表面上隨時間而形成污染副產物層。
離子化器亦可包括框架，該框架至少部分地安置在通道內以便離子化氣流及非離子化氣流中之至少一者流過該框架。框架可具有複數個支撐/清潔元件，該等元件用於在一配置中支撐至少一個離子化導線，該配置至少大體垂直於非離子化氣流。此外，框架可經安裝以使得支撐元件回應於框 架與離子化導線中至少一者相對於彼此之旋轉而從離子化導線表面清除污染副產物之絕緣層。在各種較佳實施例中，基於一或更多個所需因數(如使用時間、離子化氣流之離子平衡，及/或離子化導線之某個品質或其他參數)，該種旋轉可為持續或週期性的，且可為使用者啟動或自動化的。
在一些實施例中，在框架旋轉期間，及在離子化導線回應於離子化信號之提供而產生電荷載子之時，支撐元件從離子化導線表面清除污染副產物層。此情況可持續或週期性地發生。此外，副產物層可為絕緣的，且支撐元件相互之間可為電隔離的。如若如此，則在框架旋轉期間，及在將離子化信號提供至離子化導線期間，可藉由電絕緣支撐元件與離子化導線之間的微放電而從離子化導線表面清除污染副產物之絕緣層。
依據本發明之清潔方法可在氣體離子化設備上執行，該設備之類型具有框架以用於彈性支撐至少一個離子化導線，該離子化導線回應於向其提供之離子化信號而產生電荷載子及污染副產物之絕緣層。該等方法可包括向離子化導線提供離子化信號以由此產生電荷載子，及相對於離子化導線旋轉框架以由此從離子化導線清除污染副產物之絕緣層。在較佳方法中，旋轉之步驟可包括相對於離子化導線連續旋轉框架達180度以上，由此從離子化導線清除污染副產物。在其他較佳方法中，向離子化導線提供離子化信號之步驟在離子化導線上持續產生絕緣污染副產物之積聚層，旋轉之步驟進一步包括相對於離子化導線持續旋轉框架，且旋轉之步 驟在框架旋轉期間及在向離子化導線提供離子化信號期間藉由框架與離子化導線之間的微放電而持續清除絕緣污染副產物層。
當然，本發明之上述方法特別經充分調適以用於本發明之上述設備。同樣，本發明之設備極適合用於執行如上所述之發明方法。
該項技術之一般技術者在查閱下文中對較佳實施例之詳細描述、申請專利範圍及附圖之後，將對本發明之眾多其他優勢及特徵將顯而易見。
10‧‧‧氣體離子化鼓風機/離子化器
10’‧‧‧氣體離子化設備
12‧‧‧框架
12’‧‧‧框架
12”‧‧‧框架
12'''‧‧‧框架
14‧‧‧環件
16‧‧‧輪輻/扁平葉片
16’‧‧‧輪輻/扁平葉片
18‧‧‧中心軸/馬達
20‧‧‧離子化線狀電極/離子化導線/電暈絲/離子化線狀發射器
22‧‧‧第一端部
24‧‧‧第二端部
28‧‧‧支撐元件/支撐手段/支撐導件/鉤件
28’‧‧‧支撐元件/多盤簧
30‧‧‧外殼
32‧‧‧彈簧
34‧‧‧彈簧
40‧‧‧氣體離子化設備
50‧‧‧氣體離子化設備
54‧‧‧單圈彈簧/元件
56‧‧‧外殼連接器/元件
58‧‧‧可調整拉緊元件/應變儀
61’‧‧‧馬達
62‧‧‧風扇葉片/風扇
63‧‧‧電動鼓風機
64‧‧‧有孔格柵
65‧‧‧參考電極/格柵
66‧‧‧感測器
70‧‧‧氣體離子化設備
72‧‧‧控制系統
74‧‧‧HVPS/離子化信號來源
本發明之較佳實施例將在下文中藉由參考附圖之方式進行描述，在該等附圖中，相似數字表示相似步驟及/或結構，且在該等附圖中：第1A圖至第1C圖分別是依據本發明之第一較佳實施例之氣體離子化設備之局部側視圖、正視圖，及透視圖；第2A圖至第2C圖分別是依據本發明之第二較佳實施例之氣體離子化設備之局部側視圖、正視圖，及透視圖；第3A圖至第3C圖分別是依據本發明之第三較佳實施例之氣體離子化設備之局部側視圖、正視圖，及透視圖；第4A圖至第4B圖分別是依據本發明之第四較佳實施例之氣體離子化設備之局部正視圖及側視圖；第5圖是依據本發明之第五較佳實施例之氣體離子化設備之局部示意側視圖；第6圖是一圖表，該圖表圖示在習用氣體離子化器 之長時間使用時段期間發生之放電與時間變化關係；第7圖是一圖表，該圖表圖示在習用氣體離子化器之長時間使用時段期間發生之離子化氣流平衡變化；及第8圖是一圖表，該圖表圖示使用及不使用本發明之長時間使用時段期間發生之放電與時間變化關係。
藉由對第1A圖至第1C圖之聯合參考，局部側視圖、正視圖，及透視圖中圖示第一較佳氣體離子化鼓風機10。如圖所示，離子化器10可包括至少一個可清潔式離子化線狀電極20，以用於在非離子化氣流在下游方向流動時將非離子化氣流轉化成離子化氣流。離子化器可具有外殼30(部分圖示為斷裂表面，且包括U型支架)，該外殼具有進口、出口，及進口與出口之間的通道(未圖示)，離子化氣流及非離子化氣流中之至少一者可流經該通道。外殼30可具有在併入之專利案中圖示及描述之類型，及/或具有下文中針對第4B圖及第5圖圖示及描述之類型。離子化導線20可至少部分地安置在通道內，且可回應於離子化信號之提供而產生電荷載子，由此將非離子化氣流轉化成離子化氣流。一般情況下，離子化導線將具有一表面，由於離子化導線被用作高壓電暈離子化器之自然結果，該表面隨時間而形成污染副產物(腐蝕)。
離子化器10亦可包括框架12，該框架可採用多種實體配置中之任何一者，且較佳由隔離/絕緣材料整體模製而成，該材料如ABS塑料、陶瓷、電木，等等。離子化器10 較佳包括大致為圓形的外環14、一或更多個剛性輪輻(或替代地扁平葉片)16，且界定旋轉軸之中心軸18，該旋轉軸至少大體垂直於包含線狀離子化器之平面及與氣流下游方向對準。當框架12安置在依據本發明之外殼通道內時，軸18較佳至少與該通道大體共軸。框架12較佳至少部分安置在外殼通道內，以使得離子化氣流及非離子化氣流中之至少一者流經由框架界定之開放空間。與本文中圖示及描述之其他實施例一樣，框架12較佳與電動鼓風機風扇(此圖式中未圖示)軸向對準，該電動鼓風機風扇之外徑較佳至少大體等於環件14之外徑。將理解，此鼓風機風扇可按照一般技術人員所需定位在框架12上游或下游位置。
在第2A-2C圖及第4A-4B圖中圖示之最佳環件/葉片形式中，框架12’及框架12'''包括離子化空氣/氣流準直儀，以用於更高效率地輸送離子化氣流至目標之中和作用物件/區域。此情況是由於準直儀框架之複數個葉片16’減少源自旋轉的風扇葉片(例如風扇葉片62)中的氣流中所固有之螺旋形湍流。減少湍流隨即在離子化流從離子化鼓風機向目標行進時減少離子再組合損失。已憑藉經驗決定，具有六個至八個準直儀葉片16’之框架在本發明之離子化器中提供充分準直。亦已判定，利用位於離子化線狀電極上游或下游的準直儀可達到有效準直。
框架12可具有複數個支撐元件28以用於在環形配置中支撐離子化導線20，該環形配置至少大體垂直於軸18及垂直於非離子化氣流。此支撐手段28較佳採用以對稱及固 定方式附著在環件14周圍之複數個(較佳為四至八個)彎折/彎曲線狀鉤件/導件(例如U型或V型)之形式。當離子化電暈導線20抵住元件28被彈性拉緊時，離子化電暈導線20較佳經配置為直徑相對較大(自約3吋至約6吋)之開放迴路發射器，及較佳被拉緊。離子化電暈導線20可由多種已知材料中之任何一或更多者製成，該等已知材料如100微米之拋光鎢線、100微米鈦線，或100微米不銹鋼線。然而，該等金屬線之直徑可在約20微米至約150微米之範圍內，且較佳為約60微米與約100微米之間。此外，亦可使用任何具有類似強度、可撓性及耐氧化性之導線材料。
如圖所示，電暈絲20可具有第一端部22及第二端部24，且可藉由插入端部22及端部24與外殼30之間的一或更多個彈簧32及34而經拉緊(拉力在約10公克與約100公克範圍內)。此外，外殼30與導線端部中至少一個導線端部之間可視情況使用至少一個可調整拉緊元件，以使得離子化導線之拉力可經調整至所需量(例如，約40公克與約60公克之間任何量)。端部22及端部24可包括迴路、有孔端接元件，或任何其他等效功能之結構，該等結構允許端部快速接合/脫離彈簧32及/或彈簧34，該等彈簧隨後接合至設備外殼之所需部分。無論此配置是否可調整，在導線20最終達到其使用壽命時，此配置皆對導線20提供簡單、快速之更換。
支撐導件/元件28至少可為大體上剛性的及可由多種已知材料中之任何一或更多者製成，該等已知材料如不銹鋼(其他的抗氧化金屬及金屬合金)、導電陶瓷、電介質、 導電塑料，及/或半導體。較佳材料較佳比所使用之離子化絲線材料更軟，以便兩個元件之間之摩擦力不提前過快磨損相對易損之離子化絲線。如若支撐導件28由導體材料或半導體材料製成，則離子化系統可避免在導線20與支撐元件28之間接觸點處可能發生的集中障壁放電。本文中論述之較佳實施例所提供(比已知先前技術)之兩個顯著改良是：(1)利用本發明，由於導線接觸點最小及對接觸導線之絕緣材料的使用較佳最少，因此由障壁放電產生之污染物減至最少；及(2)藉由支撐件28與導線20之間的摩擦而從離子化導線上清除之污染副產物被排放在一個位置(鄰近於導線之兩個端部)，且此舉允許俘獲污染副產物及進行遠端處置(如利用局部真空及/或過濾器排列)。
當使用半導電支撐元件及尤其是使用導電支撐元件之時，由於微放電而實現對離子化導線之靜電清潔，且此清潔不取決於本文中亦描述之物理清潔，且是除物理清潔之外的清潔。在該種情況下，支撐件較佳與彼此及與框架其餘部分電隔離/電絕緣。由於污染副產物之絕緣層在離子化導線產生電荷載子期間持續積聚，因此發生此情況。在此積聚發生時，導電支撐件不再與離子化導線電連通/電接觸。相反，在污染物層中是電介質位置處導電支撐件與導線形成電容器。當條件(如離子化導線上之電壓增大)適當時，介質擊穿導致支撐件與導線之間的微放電，且此微放電在放電點處破壞絕緣污染物層。藉由高電壓及高頻率交流電離子化電壓及藉由框架之緩慢轉速(例如1rpm)，此效應在1秒中可發生數 千次。該效應藉由使用多個支撐件得以進一步增強，每一支撐件可具有多個接觸點(在第1A圖至第1C圖中之排列中有六個支撐件，每一支撐件具有十個接觸點)。如若支撐件包括線狀剛毛，則該效應甚至可進一步增大，因為每一接觸剛毛可提供微放電。凈效應將藉由微放電而持續(儘管此效應可視作離散的，但該效應在框架單次旋轉期間時常發生，以至於該效應實際上是持續的，且由此在本文中描述為持續的)從離子化導線表面上清除污染副產物層。此舉尤其有利，因為多個污染物層(例如氧化鎢)無法單獨利用物理手段有效清除。此情況是因為污染物層與離子化導線自身相比是相對耐久的，且藉由實體抵靠住該等絕緣層(依靠摩擦力)來試圖刮掉該等絕緣層將會由於導線自身磨損而根本縮短離子化導線之使用壽命。由此，本發明之最佳實施例在近乎理想之條件下維持離子化導線，該理想條件歸因於相對溫和的物理接觸手段與微放電之非物理/電氣手段的恆定組合。
作為可選特徵，複數個支撐/清潔元件28中之至少一者可包括可調整及有彈性的拉緊元件，以使得離子化導線拉力可經調整至所需位準。特定而言，用於以可調整方式拉緊電暈導線20之此手段可包括安裝在離子化導線之至少一個端部與螺紋螺釘之間之盤簧，該螺紋螺釘安裝至外殼以使得彈簧可藉由旋轉螺釘而偏置。此舉亦允許相對快速及簡單地移除並更換離子化導線。
由於離子化線狀發射器20懸置於支撐元件28上，因此其迴路尺寸及位置取決於支撐元件28之位置及配置而 定。因此，元件28較佳經配置以使得導線20之平均線圈直徑為De=(D最大值+D最小值)/2，因此導線20定位在來自鼓風機風扇之最大空氣速度所在之處。此舉提供最優離子化單元效率及向被充電物件提供最快的離子輸送。如若環件14直徑等於Dc及該直徑近似於鼓風機風扇之直徑，則此條件可表示為平均線圈直徑與環件直徑之比率(De/Dc)。較佳選擇上文提及之各種參數，以使得此比率位於約0.5與約0.9之間。最佳情況下，此比率應在約0.6與約0.8之間。
此外，框架12較佳安裝至外殼，以使得支撐元件28回應於框架12與離子化導線20中之至少一者相對於彼此之運動而從離子化導線20表面清除積聚之污染副產物(腐蝕)。如第1A圖至第1C圖中所示，離子化導線20相對於外殼30可保持靜止，且框架12可相對於導線20旋轉。然而，一般技術者之技術能夠修改此較佳實施例，以使得框架12保持靜止及離子化導線20可移動。
在本文中論述之多個較佳實施例中，基於一或更多個所需之因數(如使用時間、離子化氣流之離子平衡，及/或離子化導線之某個品質)，該種旋轉可為使用者啟動或為自動。此外，如若需要，則旋轉清潔可持續地(以幾乎完全避免污染物累積)、週期性地、在啟動之時，及/或在任何所需之特定時間發生。在清潔室環境中，當鼓風機風扇「關閉」或低速操作時，較佳以週期性排程執行自動清潔，以防止清潔產物(積聚之污染物)從離子化單元分散至電荷中和目標。框架12之旋轉可為單向或可為雙向，且可使用任何所需之旋 轉量，包括小於360度、等於360度，或大於360度之任何量。任一方向中至少180度之旋轉都遠大於先前技術中建議或教示之旋轉。實際上，咸信先前技術僅教示在未向導線施加離子化信號之情況下的較小度數之導線旋轉。由此，先前技術完全沒有教示框架相對於靜止區域導線之旋轉。先前技術亦未教示在將離子化信號施加於線狀電極時任何元件之旋轉。框架12之旋轉可手動執行或由小型伺服馬達(未圖示)自動執行。為易於進行框架之手動旋轉，在可選情況下，框架之至少一側可包括旋鈕、手柄、凹口，或功能上等效之結構(上述各者未在本文中圖示)以在旋轉期間便於使用者抓緊。如本文中所提及，在向正在被清潔之靜止離子化導線提供離子化信號之情況下，最佳框架旋轉是單向、緩慢及持續。
由於支撐鉤件/導件28充當支撐及清潔元件，因此在框架12旋轉期間，導件28從彈性拉緊之離子化導線20表面上輕輕研磨/刮除積聚之污染副產物/腐蝕。該項技術之一般技術者將瞭解，此支撐/清潔手段可與結合至支撐元件28內的一或更多個清潔刷(未圖示)組合。將瞭解，清潔操作之強度(或清潔力度)可藉由改變應用至離子化導線20之導線拉力而調整。當支撐元件28在一個方向上緩慢移動時，該等支撐元件運輸/移動積聚之副產物污染物直至該等污染物從離子化導線20上掉下。此效應可用以例如在清潔室環境中收集污染物及從氣流流徑移除污染物。
現請參看第2A圖至第2C圖，該等圖式中圖示本發明之第二較佳實施例，該實施例包括氣體離子化設備10’。第 2A圖至第2C圖中所圖示之氣體離子化設備10’大體上與上文中針對第1A圖至第1C圖所述之設備10在結構及功能方面完全相同，且除了設備10’與設備10不同之處以外，將不會重複對該設備10’之描述。
如第2A圖至第2C圖中所示，框架12可包括徑向地排列在環件14內之複數個輪輻/扁平葉片16’。又，每一支撐元件28’可包括多盤簧28’，其中離子化導線20可支撐在彈簧之相鄰線圈之間，以在清潔期間提供與線狀發射器20之最大接觸面積。利用該種彈簧類型之支撐手段，導線拉力應足以容許離子化導線將自身楔入彈簧之一對相鄰線團之間，且移向彈簧內側。以此方式，由於與多盤簧28’之兩倍表面接觸，導線兩側將得以清潔。該項技術之一般技術者將瞭解，此支撐/清潔手段可與結合至支撐元件28’內的一或更多個清潔刷(未圖示)組合。儘管支撐元件28’可對稱及固定地附著於環件14周圍，但該等支撐元件28’較佳固定附著於輪輻/葉片16’，以將導線20置於相對於通過該等支撐元件的氣流之最優位置。
現請主要參看第3A圖至第3C圖，該等圖式中圖示本發明之第三較佳實施例，該實施例包括氣體離子化設備40。第3A圖至第3C圖中所圖示之設備40大體上與上文中針對第1A圖至第2C圖所述之設備10及設備10’在結構及功能方面完全相同，且除了與設備10及設備10’不同之處以外，將不會重複對該設備40之描述。
如第3A圖至第3C圖中所示，依據第三實施例之氣 體離子化設備可藉由將離子化導線支撐在單個框架之入口側及出口側而包括兩倍於單個吹風機類型離子化器的離子化能力。特定而言，此實施例幾乎與第1A圖至第1C圖中離子化導線之實施例完全相同，不同之處在於經有角度地偏移之第二支撐手段28固定地附著於框架12”，與第一實施例之第一支撐手段28相對(角偏移減少各種支撐元件之間的電場相互作用)。由此，一組支撐元件28彈性拉緊位於框架12”中面向外殼進口(本文中未圖示)之進口側之第一導線20，且另一組支撐元件28彈性拉緊位於框架12”中面向外殼出口(本文中未圖示)之出口側之第二導線20。以此方式，離子化器之離子化能力得以大幅增強，且支撐元件28將利用框架12”之單個旋轉移動而同時從兩個離子化導線20上清除污染副產物。儘管兩個導線20較佳由一個離子化電源供電，但彼等一般技術者將瞭解，亦可替代地使用單獨的電源。此外，慮及本文中之揭示內容，一般技術者能夠在此實施例中組合不同線狀支撐排列。例如，藉由使用框架輪輻16將允許在框架12’之一側使用第2A圖至第2C圖之多盤簧28’，同時亦允許在框架12’之相對側使用第1A圖至第1C圖中之鉤件28。如若需要，則此舉可將第一離子化導線及第二離子化導線20配置在不同尺寸之迴路中，由此在流經該等導線之氣流之離子化期間展示不同離子密度圖案。
現請主要參看第4A圖至第4B圖，該等圖式中圖示本發明之第四較佳實施例，該實施例包括氣體離子化設備50。由於設備50大體上與上文中針對第1A圖至第3C圖所述 之設備10、設備10’及設備40在結構及功能方面完全相同，因此除了與設備10、設備10’及設備40不同之處以外，將不會重複對設備50之描述。
第4A圖圖示本發明之較佳設備50變體，該設備中之單圈彈簧54將離子化導線20之一端部彈性附於並拉緊至外殼連接器56。此外，離子化導線20之另一端部附於可調整拉緊元件58，該拉緊元件中併入有應變儀(或其他習用等效拉力感測器)。可為元件58之一部分的應變儀可用以監測系統之數個態樣之狀態。例如，由應變儀偵測到之拉力徹底丟失可指示導線20已斷裂。同樣，偵測到之拉力下降可指示導線20已伸長或支撐元件28可能已變彎。偵測到之動態及靜態拉力亦可表明離子化導線20表面上之摩擦狀態，如副產物污染物之積聚及/或導線20之侵蝕。
熟習該項技術者將認識到，導線20可經由元件54、56，及58有利地電耦接至離子化信號來源(如習用高壓電源(high voltage power supply；HVPS))。線狀導件52幫助約束導線20之移動，以便與元件54、56及58之更可靠之對準/接合。
第4B圖中圖示第4A圖之實施例之更完整的影像。如該圖所示，設備50之外殼30較佳包括氣流進口側(右側)及氣流出口側(左側)。有孔格柵64定位在鼓風機進口側，鄰近並平行於離子化導線20。有孔格柵64充當指套及充當離子化導線20之參考電極。有孔格柵66定位在外殼出口下游。該有空格柵充當防護屏並充當離子化氣流離子平衡感測器。 如圖所示，較佳利用小型低功率/低速伺服微型馬達(5伏特直流電)61’實現框架12’’’之自動旋轉，該微型馬達與軸18實體連通。馬達61’較佳與進口防護格柵64之中心對準。電動鼓風機63安置於框架12’’’下游，且包括風扇62，該風扇直徑大體等於框架12’’’之環件14之直徑。
現請參看第5圖，該圖圖示本發明之第五較佳實施例，該實施例包括氣體離子化設備70。由於設備70大體上與上文中針對第1A圖至第4B圖所述之設備10、設備10’、設備40及設備50在結構及功能方面完全相同，因此除了與設備10、設備10’、設備40及設備50不同之處以外，將不會重複對設備70之描述。
如第5圖中所示，氣體離子化設備70與上文論述之實施例不同之處在於(1)增加另一感測器/參考格柵65，(2)使用大體上為平面的環件14，(3)在馬達61’與軸18之間使用可變機械連接，及(4)包括更大控制系統72及HVPS 74零件。HVPS 74可為用於輸送極短歷時之高電壓脈衝之習用微脈衝電源，因為該種電源已知產生最小的積聚發射器累積且生成最少臭氧/氮氧化物。例如，微脈衝電源可相同或類似於用於離子化TargetBlower 6202e型之微脈衝電源，該離子化TargetBlower 6202e型由Simco-Ion公司(地址：1750 North Loop Road,Alameda,CA，郵編：94502)製造及銷售。
本發明之初步試驗(位於與CPM相隔12吋距離處，及較高風扇轉速下)顯示，提供0.9-1.5秒範圍內之放電時間，該放電時間被視作對(+/-)3-5伏特範圍中之「isostat」平衡模 式而言是適當的。此外，如若離子化系統在自平衡(「isostat」)模式下操作，則可在(+/-)25伏特(在一些情況下，(+/-)10伏特)範圍中達到離子平衡。在此模式中，離子化導線20及參考電極/格柵65皆電容耦接至HVPS 74。為獲得更精確之離子平衡調整(例如在約1伏特與約3伏特之間)而言，可使用有效離子平衡閉合迴路控制系統。在該種閉合迴路控制系統中，離子化信號來源74、用於監測離子化氣流之至少一個感測器66，且控制系統72以可通訊方式耦接在一起，以使得控制系統72可至少部分地回應於監測到之離子化氣流而改變提供至離子化導線20之離子化信號。
在使用中，上文揭示之所有實施例以基本相同之較佳方式操作。在開始時，控制系統72可藉由憑藉應變儀58對拉力進行取樣來檢查離子化導線20之靜態及/或動態拉力狀態。靜態拉力/摩擦力指示導線20及彈簧54之狀態。如若導線拉力是正常的，則控制系統72可開啟馬達61’以旋轉框架12/12’/12”/12’’’，且繼續測量離子化導線20之動態拉力/摩擦力。此導線狀態檢測流程可開始或繼續進行導線20之清潔流程。
如若兩個拉力皆處於可接受範圍中，則系統可開啟且監測風扇62。一旦風扇62到達規定速度，則系統可開啟HVPS 74。然後，系統可檢查離子化導線20與參考電極/格柵65之間的離子電流。同時，控制系統72可開始監測由感測器66產生之離子平衡信號。控制系統72將由此在閉合迴路模式下調整HVPS 74，以提供所需正離子電流及負離子電流(或 放電時間)且預置離子平衡電壓。如若離子化氣流之離子平衡超過預定範圍，則框架可相對於離子化導線20自動旋轉，以由此從離子化導線上清除污染副產物。
使用本發明中設備實施例之方法之最一般形式要求：(1)向離子化導線提供離子化信號以由此產生電荷載子；及(2)相對於離子化導線旋轉框架，以由此從離子化導線上清除污染副產物之絕緣層。旋轉之步驟包括相對於離子化導線持續旋轉框架達360度以上，以由此從離子化導線上清除污染副產物。
在更特定之使用方法中，向離子化導線提供離子化信號之步驟在離子化導線上持續產生積聚的絕緣污染副產物層，旋轉之步驟進一步包括相對於離子化導線而持續旋轉框架，且旋轉之步驟在框架旋轉期間及在向離子化導線提供離子化信號期間，藉由框架與離子化導線之間的微放電而持續清除絕緣污染副產物層。
離子化鼓風機之效能試驗結果在第6圖、第7圖及第8圖中圖示，該等結果大體上類似於第4A圖及第4B圖中揭示之結果。試驗設備包括帶電板監測器(156A型，由「Trek Inc.」公司製造，地址：190 Walnut Street,Lockport,NY，郵編：14094)，該監測器定位在與本發明之受驗離子化鼓風機相隔6吋距離之處。第6圖是一圖表，該圖圖示在長期使用離子化線狀鼓風機但不清潔的期間出現之放電與時間變化關係。如圖中所示，離子化鼓風機之效能經過數月時間後降低，此降低由以下事實所證實：耗費逐漸增長之時間(增長約2.5 小時)才能對帶電板監測器上受控之正試驗電荷及負試驗電荷進行放電。如上文所論述，此情況至少部分歸因於由不進行清潔而長時間使用的離子化導線上碎屑及/或污染物之絕緣層之積聚而引起離子產生的漸進減少。
第7圖是一圖表，該圖圖示如針對第6圖所論述之同一離子化鼓風機在同一使用時段期間出現之離子化氣流平衡變化(同樣不使用本發明之清潔方法)。如該圖中所示，積聚在離子化導線上之污染物顯著增大平衡變化及偏移(最高達-19伏特)。
第8圖是一圖表，該圖圖示在使用及不使用本發明之清潔操作的情況下，在本發明之設備的更短使用時段期間出現之放電與時間變化關係。清潔操作藉由在整體試驗時段期間框架14之緩慢的持續旋轉(約1rpm)而完成，且同時進行清潔及離子化。如第8圖中所明確圖示，與第6圖所圖示之結果相比，在使用本發明清潔離子化導線之情況下，正極及負極放電時間顯著改良。特定而言，如若吾人比較第6圖與第8圖上之資料，則將瞭解清潔操作使放電時間返回至原始資料點。此情況指示本發明之離子化器清潔方法及結構在將離子化效率恢復至近似或等於新離子化導線之理想條件的水平方面始終有效。此資料表示可藉由離子化導線中之框架支撐件相對於導線及/或外殼的持續及緩慢旋轉而達到最大效率(假定應用環境允許該種操作)。
儘管本發明已結合目前被視為最實用及最佳之實施例而進行描述，但將理解，本發明並非限定於所揭示之實施 例，而是意欲包含所附之申請專利範圍之精神及範疇內所包括之多種潤飾及等效排列。相對於上述描述，例如，將認識到，對於本發明中部件之最優維度關係(包括尺寸、材料、形狀、形式、功能及操作方式、組裝及使用)被視作對熟習該項技術者顯而易見，且與圖式中圖示及本說明書中描述之彼等部件之所有等效關係意欲包含在所附之申請專利範圍中。因此，前述事項被視為本發明之原理的說明性、並非詳盡無遺的描述。
除非在操作實例中或另行指示之情況下，否則指示用於本說明書及申請專利範圍中之成分用量、反應條件等的所有數字或表達式在一切情況下將理解為藉由術語「約」修飾。因此，除非經相反指示，否則以下說明書及所附申請專利範圍中闡述之數字參數為近似值，且可依據本發明需要獲得之所需特性而改變。至少在不試圖限制與申請專利範圍範疇同等效力之原則之應用的情況下，應至少根據所報告之有效數位之數目及藉由應用一般四捨五入技術而解釋每一數字參數。
儘管本發明廣泛範疇之數字範圍及參數設定為近似值，但儘可能精確地報告特定實例中闡述之數值。然而，任何數值皆固有地包含某些誤差，該等誤差由該等數值的各個試驗測量中存在之標準偏差而必然引起。
同樣，應理解，本文中列舉之任何數字範圍意欲包括該範圍中包括之全部子範圍。例如，「1至10」之範圍意欲包括列舉之最小值1與列舉之最大值10之間的全部子範圍 (包括1與10)；亦即，具有等於或大於1之最小值及等於或小於10之最大值。因為所揭示之數字範圍是連續的，因此該等範圍包括最小值與最大值之間的每一值。除非明確地另行指示，否則本申請案中規定之各種數字範圍均為近似值。
為實現下文中之描述目的，術語「上部」、「下部」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「頂部」、「底部」，及上述各者之衍生詞應指示本發明在繪圖中之定向。然而，將理解，除非明確相反規定，否則本發明可採用各種替代性變異及步驟順序。亦將理解，附圖中圖示及以下說明書中描述之特定裝置及製程僅為本發明之示例性實施例。由此，與本文揭示之實施例相關之特定尺寸及其他物理特性將不被視作限制。

Claims (24)

  1. 一種氣體離子化設備，用於與提供一離子化信號的一電源一起使用，該設備將一非離子化氣流轉化成一離子化氣流，該非離子化氣流在一下游方向流動，且該設備包括：一外殼，具有一進口、一出口，及該進口與該出口之間的一通道，該離子化氣流及該非離子化氣流中之至少一者流經該通道；至少一個離子化線狀電極，該電極至少部分地安置於該通道內且相對於該通道為靜止，該離子化導線回應於向該離子化導線提供一離子化信號而產生電荷載子，以由此將該非離子化氣流轉化成該離子化氣流，該離子化導線具有一表面，該表面回應於該離子化信號之該提供而形成多個污染副產物；及一框架，該框架至少部分地安置於該通道內用于旋轉，以使得該離子化氣流及該非離子化氣流中之至少一者流經該通道，該框架具有複數個支撐元件以用於在一配置中支撐該至少一個離子化導線，該配置至少大體垂直於該非離子化氣流，該框架以旋轉方式安裝以使得在該框架之該等支撐元件之每一者在一單一方向上旋轉至少180度的期間，該等支撐元件從該離子化導線之該表面清除該等污染副產物。
  2. 如請求項1所述之氣體離子化設備，其中該通道界定一中心軸，其中該框架以可旋轉方式安裝以用於圍繞該中心軸旋轉，且其中該框架圍繞該中心軸連續旋轉達180度以上，同時該離子化導線回應於向該離子化導線提供一離子化信號而產生電荷載子。
  3. 如請求項2所述之氣體離子化設備，其中該框架圍繞該中心軸連續旋轉，同時該離子化導線回應於向該離子化導線提供一離子化信號而產生電荷載子，且其中該框架包括一離子化氣流準直儀，該準直儀具有複數個葉片。
  4. 如請求項1所述之氣體離子化設備，其中該框架包括一進口側及一出口側，該進口側面向該外殼進口，該出口側面向該外殼出口，其中該至少一個離子化導線支撐在該框架之該進口側上且相對於該通道為靜止，且其中該設備進一步包括至少另一個離子化線狀電極，該電極由複數個支撐元件支撐在該框架之該出口側上且相對於該通道為靜止，以使得在該框架旋轉時，該等支撐元件同時從該兩個離子化導線上清除該等污染副產物。
  5. 如請求項1所述之氣體離子化設備，其中該離子化導線包括一迴路，該迴路抵住該複數個支撐元件中的一個以上支撐元件而彈性拉緊，且該等支撐元件從該離子化導線之該表面清除污染副產物，同時該離子化導線回應於向該離子化導線提供一離子化信號而在該框架之旋轉期間藉由實體抵靠該等污染副產物而產生電荷載子。
  6. 如請求項5所述之氣體離子化設備，其中該複數個支撐元件中之每一者包括一彎曲鉤件，該鉤件至少為大體上剛性，且其中該離子化導線之拉力在30公克與100公克之間。
  7. 如請求項5所述之氣體離子化設備，其中該複數個支撐元件中之每一者包括一多盤簧，其中該離子化導線支撐在該彈簧之相鄰線圈之間，且其中該離子化導線之拉力在50公克與100公克之間。
  8. 如請求項5所述之氣體離子化設備，其中該設備進一步包括至少一個彈性拉緊元件，其中該離子化導線進一步包括一第一端部及一第二端部，且其中該第一端部及該第二端部憑藉該至少一個彈性拉緊元件以可移除方式安裝至該外殼，以使得該離子化導線可獲移除並可更換為另一離子化導線。
  9. 如請求項5所述之氣體離子化設備，其中該設備進一步包括一可調整拉緊元件，以使得該離子化導線之拉力可調整至至少50公克與100公克之間。
  10. 如請求項1所述之氣體離子化設備，其中該複數個支撐元件彼此相互電隔離，其中該等污染副產物是一絕緣層，該絕緣層在由該離子化導線產生電荷載子的期間持續積聚，且其中在該框架之旋轉期間及在向該離子化導線提供一離子化信號期間，絕緣的該等污染副產物藉由在電隔離的該等支撐元件與該離子化導線之間的微放電而從該離子化導線之該表面上被持續清除。
  11. 一種氣體離子化設備，用於與提供一離子化信號的一電源一起使用，該設備將一非離子化氣流轉化成一離子化氣流，該非離子化氣流在一下游方向流動，且該設備包括：一外殼，具有一進口、一出口，及該進口與該出口之間的一通道，該離子化氣流及該非離子化氣流中之至少一者流經該通道；一離子化線狀電極，該電極至少部分地安置於該通道內且相對於該通道為靜止，以用於回應於向該離子化導線提供一離子化信號而產生電荷載子，以由此將該非離子化氣流轉化成該離子化氣流，該離子化導線具有一表面，該表面回應於向該離子化導線提供該離子化信號而形成多個污染副產物；及一框架，該框架安置於該通道內用於旋轉，以使得該離子化氣流及該非離子化氣流中之至少一者可流經該通道，該框架具有複數個支撐元件，用於彈性支撐該離子化導線，以使得在該框架之該等支撐元件之每一者在一單一方向上旋轉至少180度的期間，該複數個支撐元件從該離子化導線之該表面上清除該等污染副產物。
  12. 如請求項11所述之氣體離子化設備，其中該通道界定一中心軸，其中該框架以可旋轉方式安裝以用於圍繞該中心軸旋轉，且其中該框架圍繞該中心軸連續旋轉達360度以上，同時該離子化導線回應於向該離子化導線提供一離子化信號而產生電荷載子。
  13. 如請求項12所述之氣體離子化設備，其中該框架圍繞該中心軸連續旋轉，同時該離子化導線回應於向該離子化導線提供一離子化信號而產生電荷載子，且其中該框架包括一離子化氣流準直儀，該準直儀具有複數個葉片。
  14. 如請求項11所述之氣體離子化設備，其中該框架進一步包括一進口側及一出口側，該進口側面向該外殼進口，該出口側面向該外殼出口，其中該離子化導線支撐在該框架之該進口側且相對於該通道為靜止，且其中該設備進一步包括至少另一個離子化線狀電極，該電極由該複數個支撐元件支撐在該框架之該出口側且相對於該通道為靜止，以使得在該框架旋轉時，該複數個支撐元件同時從該兩個離子化導線上清除該等污染副產物。
  15. 如請求項11所述之氣體離子化設備，其中該離子化導線包括一迴路，該迴路抵住該複數個支撐元件而彈性拉緊，且其中該複數個支撐元件從該離子化導線之該表面清除該等污染副產物，同時該離子化導線回應於向該離子化導線提供一離子化信號而在該框架之旋轉期間藉由實體抵靠該等污染副產物而產生電荷載子。
  16. 如請求項11所述之氣體離子化設備，其中該等支撐元件包括複數個彎曲鉤件，該等鉤件至少為大體上剛性，且其中該離子化導線之拉力在30公克與150公克之間。
  17. 如請求項11所述之氣體離子化設備，其中該等支撐元件包括複數個多盤簧，其中該離子化導線支撐在該等彈簧之相鄰線圈之間，且其中該離子化導線之拉力在50公克與100公克之間。
  18. 如請求項11所述之氣體離子化設備，其中該設備進一步包括至少一個彈性拉緊元件，其中該離子化導線進一步包括一第一端部及一第二端部，且其中該第一端部及該第二端部憑藉該至少一個彈性拉緊元件以可移除方式安裝至該外殼，以使得該離子化導線可獲移除且可更換為另一離子化導線。
  19. 如請求項11所述之氣體離子化設備，其中該設備進一步包括一彈性拉緊元件，該彈性拉緊元件用於以可調整方式將該離子化導線拉緊處於50公克與100公克之間。
  20. 如請求項11所述之氣體離子化設備，其中該複數個支撐元件的至少一者是導電的且與至少一個其他的支撐元件電隔離，其中該等污染副產物是一絕緣層，該絕緣層在由該離子化導線產生電荷載子的期間持續積聚，且其中在該框架之旋轉期間及在由該離子化導線產生電荷載子期間，絕緣的該等污染副產物藉由在至少一個導電且電隔離的該等支撐元件與該離子化導線之間的微放電而從該離子化導線之該表面上被持續清除。
  21. 一種清潔一氣體離子化設備之方法，該設備之類型具有一通道，一離子化氣流和一非離子化氣流中的至少一者可流過該通道，該設備還具有至少部分地設置在該通道內的一可旋轉框架及至少一個靜止離子化導線，該方法包括以下步驟：使該非離子化氣流通過該通道；以至少大致垂直於該非離子化氣流的流動的一配置，至少部分地在該框架內彈性地支撐該至少一個靜止離子化導線，至少部分地在該通道內且相對於該通道為靜止；向該離子化導線提供一離子化信號，以由此在該靜止離子化導線的該表面上產生電荷載子及多個污染副產物，該等電荷載子將該非離子化氣流轉化成該離子化氣流；及相對於該靜止離子化導線在一單一方向上旋轉該框架的複數個支撐元件至少180度，以由此在該框架的旋轉期間，從該靜止離子化導線的該表面上清除該等污染副產物，以由此從該流動氣流移除該等污染副產物。
  22. 如請求項21所述之方法，其中旋轉之該步驟包括以下步驟：相對於該離子化導線在一單一方向上持續旋轉該框架達180度以上，由此從該離子化導線的該表面上清除該等污染副產物。
  23. 如請求項21所述之方法，其中向該離子化導線提供一離子化信號之該步驟在該離子化導線上持續產生多個積聚的絕緣污染副產物，其中旋轉之該步驟進一步包括以下步驟：相對於該離子化導線持續旋轉該框架，且其中旋轉之該步驟在該框架之旋轉期間及在向該離子化導線提供一離子化信號期間，藉由該框架與該離子化導線之間的微放電而持續清除該等絕緣污染副產物。
  24. 如請求項21所述之方法，其中該產生步驟及該旋轉步驟同時發生。
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