HK1197851B - 改进的离子过滤空气净化器 - Google Patents

Description

改进的离子过滤空气净化器

相关申请的交叉引用

本申请主张2011年3月15日递交的美国临时申请No.61/453,060的权益，通过引用将其内容结合于此。

技术领域

本发明总体涉及空气净化系统领域。更具体地，本发明涉及用于通过采用静电离子吸引净化空气的离子过滤装置(″IFD″)。

背景技术

具有高浓度悬浮颗粒的空气(以下，″脏空气″)会对呼吸脏空气的生命带来健康危害。脏空气还会引起沉淀悬浮颗粒(如，灰尘)的较高的沉积速率，因此导致需要更频繁地清洁期望保持清洁的表面(如，家庭内的表面)。

在农业中，在诸如家禽棚和密集生猪饲养棚之类的环境中发现高浮质浓度，并且因此工人和动物的健康都处于危险中。

在工业中，多种工艺，如焊接、研磨、熔炼和内燃机在密封空间中的使用都会在封闭空间中产生高浓度悬浮颗粒。

在社会和家庭环境中，悬浮颗粒通过吸烟产生。喷嚏会产生细菌和病菌的浮质。在一年的多个时间里发现高浓度的过敏产生花粉。尘螨过敏颗粒在整理床时产生并作为悬浮颗粒进入空气中。

常规空气净化器可以通过下述方式从空气中去除颗粒：即，将颗粒捕获在诸如过滤空气净化器(FAC)的过滤器中，或者通过将颗粒收集在诸如静电除尘空气净化器(ESPAC)的极板上。过滤器或极板随后可以被丢弃、清洗或更换。

FAC装置的缺点包括：由于颗粒阻塞过滤器，过滤器的效率随着时间下降；需要风扇的功率足够大以克服局部阻塞的过滤器；与风扇相关的噪声和功耗；以及对定期更换过滤器的需求。

ESPAC装置的缺点包括：高压极板需要昂贵的屏蔽装置；由高压极板之间的电击穿和泄漏引起的效率损失和臭氧的产生；以及需要将高压极板相对较远地间隔开以减少高压极板之间的空气中的电击穿，因此增加尺寸和降低效率。

静电除尘空气净化器通过将带电颗粒和离子吸引至带有与带电颗粒和离子的电荷相反的电荷的收集板而工作。ESPAC装置的变型例是用空气通道更换高压极板，且空气通道的至少一部分具有电势、驻极体特性、静电特性等。现有技术中已知的的这种装置的示例是授权给Griffiths等人的美国专利No.6,749,669，该专利通过引用将其内容结合于此。

然而，将被收集的颗粒和离子通常可能不处于带电状态，因此必须将电荷引到颗粒和离子上以将所述颗粒和离子吸引至收集板。这种常规静电空气净化器通过使用用于电离气体或空气流的离子发生器在颗粒和离子离开净化器时将电荷引至颗粒和离子上。离子发生器可以包括初级电晕放电发射器和相对于初级发射器处于较低电势的次级电晕放电发射器。初级电晕放电发射器连接至高负电势，而次级电晕放电发射器连接至电接地。初级电晕放电发射器可以是具有尖锐的末端的针，次级电晕放电发射器可以是具有相对较钝的末端的针。

由于离子发生器在颗粒和离子离开净化器时将电荷施加在颗粒和离子上，如此带电的离子必须向后行进至常规静电空气净化器的空气入口以被收集起来。这带来了现有技术的缺点，因为如此电离的一些颗粒可能不会返回至空气入口，并且确实返回至空气入口的颗粒可能会在返回之前失去其电荷中的一些或全部。除非静电空气净化器在密闭空间中运行，否则很少由带有足够多的电荷的离子可以返回至空气入口。因此，存在对更有效的静电空气净化器的需求。

发明内容

在本发明的一个方面中，公开了一种离子过滤装置(IFD)。该IFD包括：壳体、定位成在壳体内产生气流的风扇、设置在壳体内的预滤器、在壳体内设置在预滤器下游的离子发生器、和在壳体内设置在离子发生器下游的带静电的主过滤器。风扇优选设置在壳体内。在一些实施例中，蜿蜒通路设置在离子发生器和主过滤器之间，并且气流在通过主过滤器之前通过蜿蜒通路。在其他实施例中，挡板设置在离子发生器和主过滤器之间，并且气流在通过主过滤器之前通过挡板。

在本发明的另一个方面中，公开了一种用于过滤空气的方法。使空气通过设置在壳体中的预滤器，以去除悬浮在空气中的微粒的至少一部分。随后使空气经过设置在壳体中的离子发生器，以电离悬浮在空气中的微粒至少一部分。最后，在空气离开壳体之前，使电离微粒通过设置在壳体内的带静电的主过滤器。在一些实施例中，在使空气经过离子发生器之后且在通过带静电的主过滤器之前通过挡板。在其他实施例中，在使空气经过离子发生器之后且在通过带静电的主过滤器之前通过蜿蜒通路。

附图说明

当结合附图进行理解时，将更好地理解本文中公开的多个方面和实施例，在附图中相同的附图标记涉及相同的部件。为说明本申请的多个方面的目的，在附图中示出了一些优选。然而，应当理解，本申请不限于所示出的精确布置、结构、特征、实施例、方面和装置，并且所示出的布置、结构、特征、实施例、方面和装置可以单独地或与其它布置、结构、特征、实施例、方面和装置组合使用。附图没有必要按比例绘制，并且决不是意图限制本发明的范围，而是仅仅被呈现以阐明本发明的图示的实施例。在这些附图中：

图1是如本领域已知的常规静电空气净化设备的功能示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的静电空气净化设备的功能示意图；以及

图3是根据本发明的另一个实施例的静电空气净化设备的功能示意图。

具体实施方式

本发明的实施例总体涉及空气净化系统领域。更具体地，实施例涉及用于通过采用静电离子吸引净化空气的离子过滤装置(″IFD″)。

参照图1，图示了常规IFD100的功能示意图。在壳体111内，风扇104在IFD100内产生气流110，使得空气通过入口101被吸入IFD100中并首先通过预滤器102。预滤器102去除大的灰尘颗粒和纤维。气流110接下来通过主过滤器103，主过滤器103是带静电的以吸引携带与主过滤器103的电荷相反的电荷的进入颗粒。当IFD100第一次接通时，希望在IFD100运行的密闭空间中存在少或没有这种带电颗粒，因此，最初，主过滤器103在去除带电颗粒时将不是非常有效。

接下来，风扇104推动气流110经过离子发生器105，离子发生器105释放带电离子(图1未示出)，带电离子进入气流110并通过出口106离开IFD。从出口106排出的空气可以沿大致任何方向分散，如由示例性方向107，108和109指示。当从出口106排出的空气分散在IFD100周围的整个空间中时，离子可以将电荷转移至IFD100周围的空间中的悬浮颗粒。离子和/或带电颗粒的一部分如沿着示例性路径109最终回到入口101。

可以看到，至少由于下述原因，常规IFD100不是有效的。首先，主过滤器103在带电颗粒通过主过滤器103之前不是完全有效的。其次，由于对通过出口106排出的空气和离子的方向没有控制，因此仅一部分空气和离子可以回到入口101，并且从出口106至入口101的流动可能被IFD100外面的精绵和气流完全阻挡。第三，带电颗粒可能粘附到IFD100周围的空间中的其它表面，由此使颗粒不希望地积聚在不希望的位置处。第四，由于在电离与颗粒通过这些离子进入入口101之间存在明显的时间延迟，因此静电荷的强度会衰减，从而导致主过滤器103的效率降低。

图2是根据本发明的一个实施例的改进的IFD200的功能示意图。在该实施例中，与常规IFD100相比的结构差异在于，带有静电以吸引携带与主过滤器203的电荷相反的电荷的进入颗粒的主过滤器203位于离子发生器205的顺风或下游的气流210中。

在IFD200的运行中，在壳体211内，风扇204在IFD200内产生气流210，使得空气通过入口201被吸入IFD200中并首先通过预滤器202。预滤器202去除大的灰尘颗粒和纤维。气流210接下来在产生离子(图2中未示出)的离子发生器205附近经过。来自离子的电荷随后可以转移至已经通过预滤器202的任何悬浮颗粒。

接下来，风扇204推动气流210经过主过滤器203，主过滤器203吸引携带与离子的电荷相反的电荷的进入颗粒。最后，气流210通过出口206从IFD200离开。

图2的实施例可以具有比常规IFD的气流110的内部路径长的气流210的内部路径。较长的内部路径允许离子与空气更有效地混合，并且为悬浮在气流210中的任何颗粒变为带电提供更长的时间。气流210的较长的路径通过将主过滤器203移动至出口206附近并通过将离子发生器205放置在预滤器202紧后面而实现。这延长了气流210在离子发生器205和主过滤器203之间的路径，从而允许空气中的颗粒有更多的时间变为带电，并因此由主过滤器203从气流210中更有效地去除悬浮颗粒。由主过滤器203净化的空气将以相对不带电的状态离开改进的IFD200。

改进的IFD200的运行至少由于下述原因而比常规IFD100更有效。首先，主过滤器203更快速地完全有效，这是因为带电颗粒在接通改进的IFD200之后几乎立即开始通过该IFD200。其次，通过离子发生器205带电的大多数悬浮颗粒将可能通过主过滤器203，而不管改进的IFD200外部的空气流。第三，带电颗粒不可能粘附到改进的IFD200外部的表面。第四，带电颗粒上的电荷在带电颗粒被主过滤器203过滤之前存在小的衰减。

这种设计的有效性可以通过下述方式被改善，即进一步延长空气和发射电荷一起在入口和出口之间的单元内的时间，从而最大化电荷混合并且因此最大化过滤器效率。这可以通过进一步延长该路径以延长电荷转移可用的时间，并且特别是延长离子发生器205和滤波器203之间的气流路径而实现。例如，如图3所示，蛇形路径208可以增加气流210的长度，且不会过度地增加改进的IFD200的外部尺寸。这种蛇形路径208优选设置在离子发生器205的下游，如在风扇204和主过滤器203之间，或者在离子发生器205和风扇204之间。如图2所示，挡板207等也可以被引入气流210中，如在离子发生器205的下游和主过滤器203的上游，以增加路径长度，为更有效的混合提供更多的湍流，和/或使气流210缓慢以为混合提供更多的时间。

虽然已经示出、描述和指出本发明的如应用其优选实施例的新颖的基本特征，但将会理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以由本领域技术人员进行所图示的装置的形式和细节以及它们的操作中的各种省略、替换和改变。例如，特别地希望以基本上相同的方式基本上执行相同的功能以实现相同的效果的这些元件和/或步骤的所有组合在本发明的范围内。元件从一个描述的实施例替换到另一个实施例也是完全可以预期和期望的。还将理解的是，附图没有必要按比例绘制，而是它们本质上仅仅是概念上的。因此，本发明仅如由附于此的权利要求的保护范围那样被限定。

本领域技术人员将认识到，本发明具有多种应用，可以被以多种方式执行，同样不限于前述实施例和示例。本文中公开的不同实施例的任何数量的特征可以在一个单个实施例中组合，特定元件的位置可以改变，具有比本文中描述的全部特征多或少的替换实施例是可行的。功能也可以以现在已知的或将变为已知的方式全部或部分地分布在多个部件中。

本领域将会认识到，在不偏离上文描述的实施例的宽泛发明构思的情况下，可以对上文描述的实施例进行改变。因此，所理解的是，本发明不限于所公开的特定实施例，而是意图涵盖本发明的精神和范围之内的修改。虽然已经示出和描述的本发明的如应用于其示例性实施例的基本特征，但将会理解，在不偏离本发明的精神的情况下，可以由本领域技术人员在所公开的发明的形式和细节方面进行省略和替换以及改变。而且，本发明的保护范围涵盖如本领域将理解对本文中描述的部件的常规已知的、将来开发的变型和修改。

Claims (5)

1.一种空气过滤装置，包括：

壳体；

定位成在壳体内产生气流的风扇；

设置在壳体内的预滤器；

在壳体内设置在预滤器下游且在风扇上游的离子发生器；

在壳体内设置在离子发生器和风扇下游的带静电的主过滤器；和

蜿蜒通路或档板，所述蜿蜒通路或挡板设置在风扇和主过滤器之间，气流从风扇通过所述蜿蜒通路或挡板、以在将气流送至主过滤器之前增大气流的混合。

2.根据权利要求1所述的空气过滤装置，其中，风扇设置在壳体内。

3.根据权利要求1所述的空气过滤装置，其中，带静电的主过滤器包括至少一个带电收集板。

4.根据权利要求1所述的空气过滤装置，其中，离子发生器包括初级电晕放电发射器和次级电晕放电发射器。

5.一种用于过滤空气的方法，包括下述步骤：

使空气通过设置在壳体中的预滤器，以去除悬浮在空气中的微粒的至少一部分，从而产生预过滤空气；

使预过滤空气经过设置在壳体中的离子发生器，以电离悬浮在空气中的微粒的至少一部分，从而在预过滤空气中产生电离微粒；以及

在预过滤空气与电离微粒一起离开壳体之前，使电离微粒通过设置在风扇下游并位于壳体内的带静电的主过滤器；

其特征在于：在预过滤空气经过离子发生器和风扇之后且在被带静电的主过滤器过滤之前，具有电离微粒的预过滤空气通过蜿蜒通路或挡板，以增大预过滤空气的混合、从而在进入主过滤器之前增大气流的混合。