專利名稱：采用點電離源的空氣過濾系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用電離化空氣的空氣過濾系統(tǒng)，特別地，本發(fā)明涉及室內(nèi)環(huán)境下采用多個點電離源的空氣清潔系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的清潔空氣過濾系統(tǒng)中，一種類型是采用電離器以產(chǎn)生離子，所述離子將其自身吸附至粉塵和污垢顆粒。然后帶電顆粒被收集于諸如過濾器或靜電沉淀器中。此種系統(tǒng)的效率大大依賴于電離器的效力，以產(chǎn)生可被收集的帶電顆粒。
常規(guī)上，已有兩種類型的電離器用于清潔空氣過濾系統(tǒng)(室內(nèi)凈化器)中，以增強用以收集粉塵和污垢顆粒的過濾器的性能。
一種類型的電離器由多個電線和接地板組成。當將高壓施用于多個電線時，電線和板之間產(chǎn)生的電場使空氣分子分解，產(chǎn)生大量離子。離子以高速移至接地板，并與空氣中的粉塵和污垢顆粒碰撞，將靜電電荷轉(zhuǎn)移至粉塵和污垢顆粒。這種線-板類型的電離器通常置于過濾系統(tǒng)上游，以使粉塵和污垢顆粒預先帶電，用于收集于過濾系統(tǒng)中。盡管是一種使顆粒帶電的有效裝置，但這種類型的電離器制造很昂貴，需要很高的操作電流，使其操作極昂貴，并且由于采用高電壓和高電流使其存在潛在的安全隱患。這種類型的電離器通常用于控制性氣域中，如熔爐和空調(diào)通道中。
另一種類型的、廣泛用于室內(nèi)空氣清潔器或凈化器的電離器是點電離器。在點電離器中，將高電壓，但是比線-板類型電離器中典型使用的要低得多的電流施用于點電極或電極，以產(chǎn)生離子。同樣，這些離子使粉塵和污垢帶電，從而增強過濾器的性能。
此種清潔器或凈化器的特點是點電離器置于穿過清潔器或凈化器的空氣的出口處或其附近。典型地，通過此操作使離子化顆粒散布于整個房間。然后，這些離子化顆粒的至少一部分將重新回到清潔器或凈化器的入口，并輔助清潔器或凈化器內(nèi)的操作。
出口點電離器的一個實例是美國專利U.S.4,376,642，Verity，的便攜式空氣清潔器元件。將諸如風扇的鼓風機置于主過濾器的下游，將暴露的陰離子源置于風扇的下游，位于排氣口的外表面上。主過濾器的組成為由非致癌塑料膜切碎的纖維，所述非致癌塑料膜永久性帶有靜電荷。陰離子源使得被凈化空氣離開裝置殼(cabinet)時被電離。
出口點電離器的另一實例是美國專利5,268,009，Thompson等的，便攜式空氣過濾系統(tǒng)，其描述了一種用于居家，辦公室或其他期望從空氣中去除氣載微粒物質(zhì)的地方的便攜式空氣過濾系統(tǒng)。該空氣過濾系統(tǒng)包括用于給從出口離開的空氣提供陰離子的電離器。離子使空氣中的外來顆粒帶電荷。結(jié)果，當帶電外來顆粒被吸引至系統(tǒng)入口時，顆粒即被保留于過濾器介質(zhì)上。
出口點電離器的另一實例是美國專利5,332,425，Huang的空氣凈化器，其描述了一種帶有擴展、錐形放電銅針的空氣凈化器，所述放電銅針電偶聯(lián)至位于凈化器外殼內(nèi)的高壓發(fā)生器，并產(chǎn)生陰離子。放電針輪廓是尖形的，帶有一個尖端，并置于與排氣出口毗鄰。放電針沿著高壓空氣從凈化器外殼通行的方向擴展，使得放電針對高壓空氣流產(chǎn)生應答而振動，從而增加與從凈化器外殼通行的空氣相混合的陰離子數(shù)量。
這些出口電離器在使顆粒帶電方面非常有效，并且成本低得多而幾乎沒有安全隱患。然而，點電離器系統(tǒng)典型地位于凈化器排氣口處，即過濾器的下游。采用出口空氣電離器，帶電顆粒被釋放入室內(nèi)空氣，并在空氣中停留相當一段時間才重新循環(huán)穿越過濾器。結(jié)果，有相當量的這些帶電顆粒被諸如墻壁，地毯，人體和家具表面的其他外表面除去，而非過濾器。
其他電離過濾系統(tǒng)采用置于過濾系統(tǒng)進氣口處或其附近的點源電離器。典型地，這些過濾系統(tǒng)或者設計成使離子散布于整個房間，如出口電離器一樣，或者設計成直接將離子注入至過濾系統(tǒng)進氣口內(nèi)的氣流中。
將空氣散布于整個房間的空氣清潔裝置類型的實例如Loreth等的美國專利5,980,614所示的空氣清潔裝置，描述了尤其用于室內(nèi)空氣清潔的空氣清潔裝置。該設備包括帶有由電暈放電電極形成的單極離子源的電離設備，連接至高壓源的靜電沉淀器，所述靜電沉淀器帶有待清潔空氣的流穿通道和兩組電極元件，一組電極元件與另一組電極元件交錯并隔開，且電勢也布置成與另一組不同。雖然電暈放電電極位于裝置進氣口附近，但仍需對電暈放電電極進行布置使得電極處產(chǎn)生的離子能基本從電極隨意散播，并由此基本隨意地散布于電離設備放置的整個房間。同樣地，Loreth等描述的裝置面臨如上面出口電離器所述的許多相同的不足之處。
設計成將離子直接注入至空氣過濾系統(tǒng)的進氣口處或其附近氣流中，或者帶有空氣過濾系統(tǒng)內(nèi)部氣流的空氣過濾系統(tǒng)，通常不能達到空氣清潔的最優(yōu)效率。典型地，在此種系統(tǒng)中，所產(chǎn)生的離子數(shù)量和所產(chǎn)生離子吸附至粉塵和污垢顆粒的能力既受離子生成源與離子集合器的近距的限制，也受離子必須吸附至空氣過濾系統(tǒng)內(nèi)的氣流中的粉塵和污垢顆粒的有限時長所限制。
由此，雖然存在許多采用離子生成器及采用點源電離器的現(xiàn)有技術(shù)空氣系統(tǒng)，但如上所述，這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)還存在許多不足之處。
一些現(xiàn)有技術(shù)的空氣過濾系統(tǒng)采用離心風扇以使空氣運動并穿越過濾系統(tǒng)。盡管此種風扇很有效并可在較大壓降范圍內(nèi)操作，但離心風扇相對噪聲較大。由此，離心風扇在用于便攜式室內(nèi)空氣過濾系統(tǒng)中面臨明顯的不足之處。軸向風扇被認為噪音較低，可傳送均一直氣流并可制成非常微小，但是它對壓降非常敏感，由此，其在過濾系統(tǒng)中的用途較為有限。
發(fā)明概述在一些實施方案中，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)空氣過濾系統(tǒng)的許多不足之處。本發(fā)明的空氣過濾系統(tǒng)可達到操作效率的顯著改善，而不會明顯遭致以帶電離子污染整個室內(nèi)從而引起相當量的粉塵和污垢顆粒積聚于室內(nèi)其他表面上的不足，所述其他表面為例如墻壁，家具甚至人體。在一些實施方案中，通道過濾器微粒收集表面與軸向風扇組合，可使作為帶有或不帶有電離的便攜式室內(nèi)空氣過濾系統(tǒng)的過濾系統(tǒng)以低噪音和低功率操作，促進了持續(xù)操作的能力，而不會伴隨有由于微粒在常規(guī)過濾介質(zhì)中的積累而導致的空氣流速降低可。
在優(yōu)選實施方案中，將多個點電離源置于氣流通道外圍附近處并在氣流通道附近處定向產(chǎn)生離子，產(chǎn)生方向為朝每一多個點電離源的各自上游。微粒收集表面置于氣流通道內(nèi)，位于多個點電離源的下游方向處。微粒收集表面以與接地相反方向充電有比離子的所述電荷多的靜電荷。
在另一實施方案中，將多個點電離源置于氣流通道外圍的附近處并在氣流通道附近處定向產(chǎn)生離子，產(chǎn)生方向為朝每一多個點電離源的各自上游。微粒收集表面置于氣流通道內(nèi)，位于多個點電離源的下游方向處。微粒收集表面以與接地相反方向充電有比所述離子的所述電荷多的靜電荷。
氣流通道內(nèi)在電離源和微粒收集表面之間置有離子俘獲器。與微粒收集表面和離子相比，離子俘獲器是相對電中性的。
在優(yōu)選實施方案中，電離頭的主縱軸相對于上游至下游方向成某一取向角，其中的取向角向內(nèi)朝向氣流通道不超過六十度，向外遠離氣流通道不超過九十度。
在優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明的過濾系統(tǒng)還包括多個流動通道，每一個多個流動通道至少部分環(huán)繞著每一各自的多個點電離源的一部分。
在優(yōu)選實施方案中，微粒收集表面下游的一部分氣流，通常以與上游至下游方向相反的方向引導穿過電離頭。
在優(yōu)選實施方案中，該部分氣流被引導穿過多個流動通道中的至少一個。
在優(yōu)選實施方案中，每一多個流動通道帶有主縱向軸，其中每一多個流動通道的主縱向軸通常與電離頭的主縱向軸平行。
在優(yōu)選實施方案中，電離頭包含多點電離頭。
在優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明進一步包括安排用于與氣流通道有效一同使用的風扇，使空氣以上游至下游方向使空氣穿過氣流通道。
在另一實施方案中，本發(fā)明提供了過濾系統(tǒng)，用于氣流通道中從以上游至下游方向流動的空氣中過濾微粒。對點電離源進行定向，使在氣流通道附近處產(chǎn)生離子，大多數(shù)離子相對于接地帶有電荷。微粒收集表面置于氣流通道內(nèi)，位于點電離源的下游方向處。微粒收集表面以與接地相反方向充電有比所述離子的所述電荷多的靜電荷。部分氣流被定向。
在優(yōu)選實施方案中，通常以與上游至下游方向相反的方向被引導穿過電離源的該部分氣流，是微粒收集表面下游的氣流。
在采用軸向風扇的其它實施方案中，過濾系統(tǒng)從氣流通道中上游至下游方向流動的空氣中除去微粒。如果采用了點電離源，則將其進行定向，以在氣流通道附近處產(chǎn)生離子，離子大多數(shù)相對于接地帶有電荷。通道過濾器微粒收集表面置于氣流通道內(nèi)，位于任選的點電離源的下游方向處，以與接地相反方向充電有比離子的所述電荷多的靜電荷。風扇安排用于與氣流通道的一起操作使用，使空氣以上游至下游的方向穿越氣流通道。
在優(yōu)選實施方案中，軸向風扇位于氣流通道內(nèi)。
附圖簡述

圖1.圖解了本發(fā)明一個實施方案的截面圖，其中清潔器組件安裝有電離器、俘獲器、過濾器和風扇(以上游至下游空氣流動次序)；圖2.圖解了本發(fā)明另一實施方案的截面圖，其中清潔器組件安裝有電離器、俘獲器、風扇和過濾器(以上游至下游空氣流動次序)；圖3.圖解了本發(fā)明另一實施方案的截面圖，其中清潔器組件安裝有電離器、俘獲器和過濾器(以上游至下游空氣流動次序)；圖4.圖解了本發(fā)明優(yōu)選實施方案中電離器優(yōu)選取向角的局部放大圖；圖5.圖解了本發(fā)明一個實施方案中電離器末端空氣流動的詳細視圖；圖6.例述了本發(fā)明優(yōu)選實施方案的透視分解視圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供了生產(chǎn)上相對廉價并且可用作為便攜式(例如桌面式或墻壁安裝式)室內(nèi)空氣過濾系統(tǒng)的空氣過濾系統(tǒng)，并且其類型可被消費者便利地用來過濾和清潔室內(nèi)空氣。
在實施方案中，置于過濾器上游的多個電離源設計成在空氣過濾器外面產(chǎn)生離子，但所述離子以相對較小面積散布于空氣過濾系統(tǒng)的入口上游。這就使得所產(chǎn)生的離子能吸附空氣中的粉塵和污垢顆粒，然后大部分顆粒被吸引入過濾系統(tǒng)的進氣口并隨后被收集于集合裝置中。因而，無需使整個室內(nèi)散布有離子即可達到操作效率，所述整個室內(nèi)散布有離子可產(chǎn)生諸如室內(nèi)表面被帶有離子電荷的顆粒污染的不利影響，所述室內(nèi)表面為例如墻壁和家具。
本發(fā)明的過濾系統(tǒng)依靠風扇或其他鼓風設備或方法，以使微粒污染的氣流運動通過上游電離源，并越過下游微粒收集表面上或穿越其中。由此，本發(fā)明可包括風扇或其他鼓風設備，或者本發(fā)明可設計成安裝于已包括此種鼓風設備的環(huán)境中。任一情況下，氣流以上游至下游方向穿過空氣過濾系統(tǒng)。
雖然鼓風設備可置于空氣過濾系統(tǒng)的入口或排氣端口，或者其之間的任一位置，但優(yōu)選地是將鼓風設備置于微粒收集表面的下游，以使微粒污染物在諸如風扇葉片的鼓風設備上的積聚最小化。合適的風扇包括但不限于，常規(guī)的軸向風扇或離心風扇?；蛘?，通過污染的空氣或通過簡單對流，可使微粒污染的穿過本發(fā)明的空氣過濾系統(tǒng)。通過熱源產(chǎn)生的對流而運動的空氣可被引導穿過空氣過濾系統(tǒng)，而無需任何機械輔助。
圖1例述了本發(fā)明一個實施方案空氣過濾系統(tǒng)10的截面圖?？諝鈴娜肟?2至排氣口14穿過空氣過濾系統(tǒng)10。通過空氣過濾系統(tǒng)10的外壁16或通過空氣過濾系統(tǒng)10置于其中的環(huán)境而形成氣流腔。在后一情況中，氣流腔可以是存在的空氣管道，例如空調(diào)系統(tǒng)中。通常，空氣以上游至下游方向從入口12至排氣口14穿過空氣過濾系統(tǒng)10。
置于入口12外圍附近處的是多個點電離源18，所述點電離源18通常在入口12的上游方向產(chǎn)生離子。由此，點電離源18向空氣過濾系統(tǒng)外將離子散布于入口12的前面。在優(yōu)選實施方案中，點電離源18與純上游方向向內(nèi)所成角度β不超過60度，與純上游方向向外所成角度α不超過90度。以此方式指引的點電離源18能夠產(chǎn)生的離子不僅可穿過入口12，而且可向外散布于入口12的前面，此處這些離子可吸附至空氣中的粉塵和污垢顆粒。
在優(yōu)選實施方案中，點電離源18由多點電離頭和高壓電源組成?？墒褂玫母邏弘娫吹膶嵗琴徸訡ollmer Semiconductor，Dallas，Texas的負14千伏(-14KV)電源，產(chǎn)生的是帶負電荷的離子?？刹捎闷骄w維直徑10微米的導電性纖維制造多點電離頭。可使用的此種多點電離頭的實例是型號為FA1-7-2，由中國臺灣Chung-Li市Fu FongEnterprises Co.制造，120伏特交流、50-60赫茲下操作，產(chǎn)生7千伏特直流負電的多點電離頭。
多個點電離源18，多個點電離源18的位置以及點電離源18的方向的組合可以有效產(chǎn)生離子，所產(chǎn)生的離子能有效吸附至空氣中的粉塵和污垢顆粒，并能防止整個室內(nèi)被離子污染而造成粉塵和污垢顆粒必然沉積于諸如墻壁，接地，天花板和家具的室內(nèi)表面的后果。
離子俘獲器20可置于空氣過濾系統(tǒng)10的空氣流動蒸汽內(nèi)，以俘獲某些穿越的離子，并幫助防止點電離源18產(chǎn)生的離子云向空氣過濾系統(tǒng)10的入口12之外散布得太過遙遠。離子俘獲器20從空氣蒸汽中除去過量的離子，并保護微粒收集表面22免受中和。以此種方式安置的，位于點電離源18下游的離子俘獲器20的使用可進一步輔助防止整個室內(nèi)被離子污染。
位于點電離源18下游的，并且在此實施方案中位于離子俘獲器20下游的是微粒收集表面22，所述微粒收集表面22在此實施方案中被示例為過濾器。需要意識到的是，微粒收集表面22可以是無源過濾介質(zhì)，帶電荷收集表面或集合柵板，所有這些均是本領(lǐng)域人員已知的。在優(yōu)選實施方案中，離子俘獲器20是有效聯(lián)至帶電接地的每平方英寸36目的網(wǎng)篩(每平方厘米5.58目)。微粒收集表面22可以是帶靜電的通道流動過濾器。
在本發(fā)明應用中，通道過濾器由于其對氣流的低阻力及被污染物堵塞的敏感性減少，因而優(yōu)選地用作為過濾介質(zhì)。以某一方式構(gòu)建通道過濾器，從而提供相對開放的氣流通道陣列，使空氣穿過通道時微粒物質(zhì)即被除去。當空氣穿過過濾器通道時，微粒物質(zhì)即沉積并俘獲于通道壁上?？砂丛S多配置并以一系列材料制造通道過濾介質(zhì)。
可以置于類似蜂巢結(jié)構(gòu)內(nèi)的材料的輪廓層(contoured layers)直接澆鑄或生成通道過濾介質(zhì)，所述類似蜂巢的結(jié)構(gòu)帶有開式氣流通道。將輪廓層安置在一起以形成通道過濾器時即確定了引導穿過介質(zhì)的空氣通道的多個入口開口。流體通道進一步帶有允許空氣進入，穿越和離開介質(zhì)而不必穿越輪廓層的出口開口?？捎衫w維網(wǎng)、薄膜或其組合形成類似蜂巢的結(jié)構(gòu)。通道過濾器可包括擴展的表面積材料，如精細無機纖維，聚合人造纖維，紙和一些結(jié)構(gòu)薄膜。
基于網(wǎng)狀的通道過濾介質(zhì)實例描述于Japanese Kokai 7-144108(1995年6月6日出版)中。該出版物指出，以駐極體帶電非紡織過濾介質(zhì)形成蜂巢過濾器(例如，類似于皺紋狀薄紙板的褶狀皺紋過濾介質(zhì))是眾所已知。該專利申請公開了用帶電微纖維過濾介質(zhì)和帶電分片纖維過濾介質(zhì)的過濾介質(zhì)層壓板生成過濾結(jié)構(gòu)(例如類似于美國專利RE30，782中公開的內(nèi)容)，從而增加此種過濾結(jié)構(gòu)的長期效率。其它構(gòu)造描述于Japanese公開7-241491(1995年9月19日出版)，該出版物公開了同上的一種蜂巢過濾器，其中形成皺紋狀蜂巢結(jié)構(gòu)的褶狀層和平面層是駐極體帶電非紡織過濾介質(zhì)和吸附劑過濾介質(zhì)(活化的以碳作填料的薄片等)的可選層(alternating layers)，所形成的活化碳層優(yōu)選地帶有襯墊(例如非織的)，所述襯墊也可以是駐極體帶電。Japanese公開10-174823(1998年6月30日出版)公開了另一種蜂巢型的過濾器，其中形成蜂巢結(jié)構(gòu)的過濾材料由駐極體帶電非織過濾層和抗菌過濾層的層壓板而生成。對于苛求低氣流阻力且單程過濾效率不是很重要的情況，采用這些蜂巢型過濾器是有利的；例如本發(fā)明中應用的再循環(huán)型過濾器。
相比較于基于網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，由聚合薄膜形成的通道過濾介質(zhì)可進一步改進氣流阻力的減少。此種過濾器的實例描述于美國專利3,550,257中，其中帶電過濾介質(zhì)采用薄膜而非非紡織介質(zhì)。通過間隔棒(spacer strips)將帶電薄膜隔開，所述間隔棒描述為玻璃纖維或皺紋狀Kraft紙的開式孔格泡沫網(wǎng)絡。所描述的壓降依賴于間隔棒的孔隙率以及帶電電介質(zhì)薄膜之間的間隔。
Japanese公開物56-10314(1981年2月2日出版)公開了一種結(jié)構(gòu)，其中皺紋狀蜂巢結(jié)構(gòu)由多個層而形成，所述層由帶電聚合薄膜(限定為薄膜或非織物)形成。該出版物公開了，通過折疊過程使薄膜帶有“皺紋”。類似由帶電薄膜形成的薄膜型蜂巢結(jié)構(gòu)另外公開于Japanese公開物56-10312和56-10313中，
公開日期均為1981年2月2日。
在本發(fā)明應用中，可提供特別用途的通道過濾介質(zhì)是帶有擴展表面積的薄膜，所述薄膜是駐極體充電的且表面經(jīng)氟化處理過。擴展表面積的薄膜具有高縱橫比，很小的二維結(jié)構(gòu)，所述二維結(jié)構(gòu)例如為肋板、莖干(stem)、原纖維或其他離散隆起物等擴展了薄膜層至少一面的表面積的結(jié)構(gòu)。類似于其網(wǎng)狀對應物，擴展表面積的薄膜可受益于表面氟處理，所述氟處理通過低表面張力的液體氣溶膠促進了對濕潤的抵抗力，所述液體氣溶膠可減少由駐極體電荷所導致的顆粒俘獲效應。此種類型的通道流動過濾器例述于授權(quán)給Insley等的美國專利6,280,824中。
在優(yōu)選實施方案中，微粒收集表面22是過濾介質(zhì)，例如描述于美國專利申請公布號US2002/0005116A1，Hagglund等，電子過濾裝置，所述專利權(quán)轉(zhuǎn)讓給3M創(chuàng)新公司。Hagglund等公開了一種電子過濾裝置，所述裝置帶有帶表面結(jié)構(gòu)的帶靜電聚合薄膜層。薄膜層可配置成帶有結(jié)構(gòu)性薄膜層的集合孔格，通過集合孔格面和對應的空氣通道限定了有次序的多個入口，由此形成開放式的多孔體積。通過結(jié)構(gòu)性薄膜層形成的多個流動通道限定了空氣通道。
在另一實施方案中，微粒收集表面22可以是纖維過濾器，例如3MCompany，St.Paul，Minnesota，USA制造的FiltreteTM。
或者，微粒收集表面22可以是各種通常已知的過濾器或本領(lǐng)域人員已知的其他微粒集合設備的任一種。
為了增強微粒集合能力，微粒收集表面22可以帶有某一電勢的靜電荷，所帶電荷與點電離源18所產(chǎn)生離子的大部分電荷相反。
任選地，可在微粒收集表面22的上游直接安置一個預過濾器24，以部分保護微粒收集表面22免受過度污染。預過濾器24可由各種已知過濾型材料的任一種建造，包括活化碳網(wǎng)絡。
在圖1例述的實施方案中，風扇26位于氣流通道內(nèi)微粒收集表面22的下游。在此實施方案中，風扇26用來使空氣以上游至下游的方向運動，從入口12至排氣口14而穿過空氣過濾系統(tǒng)10。
任選地，空氣過濾系統(tǒng)10包括位于入口12處的入口格子28，以及位于排氣口14處的出口格子30。
圖2例述了本發(fā)明的備選實施方案，其中空氣過濾系統(tǒng)10包括與如圖1所述空氣過濾系統(tǒng)10所描述的相同元件，但是次序有些微不同。
圖2所例述的該備選實施方案，風扇26移至微粒收集表面22和任選的預過濾器24的上游。以此方式安置的風扇26仍用于使空氣以上游至下游的方向運動，從入口12至排氣口14而穿過空氣過濾系統(tǒng)10。雖然可能沒有圖1中例述的實施方案那么有利，但圖2中例述的實施方案仍提供了顯著的操作效率和效力。雖然如圖2中所示，預過濾器24和微粒收集表面22在氣流中的位置相互臨近，但需要意識到和理解的是，預過濾器可位于氣流中的其他位置，例如置于風扇26的上游，而微粒收集表面置于風扇26的下游。
圖3仍例述了本發(fā)明的另一實施方案。在圖3中，空氣過濾系統(tǒng)需依靠用于使氣流傳送穿過空氣過濾系統(tǒng)10的現(xiàn)有裝置。由此，圖3中例述的空氣過濾系統(tǒng)10可置于現(xiàn)有的氣流環(huán)境中，而無需使用諸如風扇26的顯式氣流產(chǎn)生設備。
在圖3中例述的實施方案中，空氣過濾系統(tǒng)10位于現(xiàn)有氣流環(huán)境的入口12附近?，F(xiàn)有氣流環(huán)境的一個實例是諸如建筑物中的空調(diào)系統(tǒng)。在此種環(huán)境中，空氣過濾系統(tǒng)10可位于進入氣流通道的空氣的入口12的附近。此種入口12可以是收集建筑物空氣并返回空調(diào)系統(tǒng)的空氣返回寄存器。此種實施方案中的排氣口14可以只是空氣從空氣過濾系統(tǒng)10至現(xiàn)有氣流環(huán)境剩余部分的通道，或者是現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)有管道。在此實施方案中，外壁16可以是現(xiàn)有氣流環(huán)境的現(xiàn)有壁，例如現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)有管道。
圖4是點電離源18的細節(jié)特寫，例述了點電離源18的優(yōu)選取向角。如上所討論，點電離源18應置于空氣過濾系統(tǒng)10的入口12的外圍附近。此外，點電離源18應以某一角度定向，以主要直接在入口12附近處產(chǎn)生離子，所產(chǎn)生的離子從氣流穿過空氣過濾系統(tǒng)10的方向來確定應朝向入口12的上游。帶有軸向尺寸的點電離源18的優(yōu)選取向角為直接朝向穿過空氣過濾系統(tǒng)10的氣流的上游。這種定向可引導朝入口12上游產(chǎn)生的大部分數(shù)量的離子。其它的取向角包括相對于上游方向向內(nèi)角度β不超過60度。向內(nèi)定向超過60度并不會典型地導致朝入口12上游產(chǎn)生足夠離子從而有效輔助空氣過濾系統(tǒng)中粉塵和污垢顆粒的收集。尤其是，向內(nèi)取向角α為90度的錯流電離器可導致離子的無效產(chǎn)生。
或者，點電離源18相對于上游方向可向外成不超過90度的角度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，向外取向角超過90度可導致所產(chǎn)生的離子大部分朝下游方向，并產(chǎn)生于空氣過濾系統(tǒng)10的氣流通道外面。這可導致室內(nèi)環(huán)境的離子飽和，并導致如上所討論的此種飽和的不足。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)向外取向角達到90度主要會導致朝上游方向的離子的產(chǎn)生，尤其是當與穿過空氣過濾系統(tǒng)10的氣流運動相結(jié)合，空氣通過入口12被吸引入空氣過濾系統(tǒng)10時。優(yōu)選地，點電離源18相對于上游方向朝外定向。
顯然，一個多個點電離源18的取向角可與另一個此種多個點電離源18的取向角不同。例如，一個多個點電離源18可直接朝上游方向(如圖4例述所成角度為0度)，而另一個多個點電離源18可朝內(nèi)定向成40-45度角。此種取向角的混合可能是理想的，例如在特定的室內(nèi)構(gòu)造中。
圖5例述了空氣過濾系統(tǒng)10備選實施方案部分截面的特寫視圖。圖5的空氣過濾系統(tǒng)10類似于圖1中例述的空氣過濾系統(tǒng)10，類似之處在于空氣過濾系統(tǒng)10在其上游末端處帶有入口12，氣流以朝向下游的方向穿過任選的入口格子28，點電離源18(圖中僅示出一個)，離子俘獲器20，微粒收集表面22，任選的風扇26和任選的出口格子30，從而通過空氣過濾系統(tǒng)10。然而，圖5中例述的空氣過濾系統(tǒng)10的實施方案包括一個氣流通道32，所述氣流通道以朝向上游的方向引導空氣穿過或經(jīng)過點電離源18?？梢匀我夥绞綄⒋藲饬魍ǖ罉?gòu)建于空氣過濾系統(tǒng)10的氣流通道的內(nèi)部或外部。此種氣流通道可利用穿過空氣過濾系統(tǒng)10的氣流通道的空氣，或者可利用來自隔離源的空氣。在優(yōu)選實施方案中，空氣過濾系統(tǒng)10的部分氣流通道被壁34所隔離出，從而將被吸引穿過氣流通道的部分空氣向上游傳送回去，并直接穿過點電離源18。由于取自微粒收集表面22下游側(cè)的空氣所處壓力是空氣過濾系統(tǒng)10所處室內(nèi)的環(huán)境氣壓，因而空氣可向上游經(jīng)過點電離源18而無需另外的機械輔助。當然，應意識到并理解的是，使空氣以朝上游的方向通過點電離源18的其他裝置可預想地包括采用機械輔助的隔離源裝置?？諝馔ㄟ^點電離源18不僅幫助離子朝入口12的上游方向分散，而且甚至可能更顯著的是，輔助防止微粒物質(zhì)在點電離源18上的積累，從而保持點電離源18干凈并更有效率。
圖6是圖1例述的空氣過濾系統(tǒng)10的透視圖。穿過空氣過濾系統(tǒng)10的氣流來自于上游方向，從入口格子28穿行至出口格子32。點電離源18置于入口12的外圍附近處，主要以朝入口12的上游方向引導所產(chǎn)生的離子。離子俘獲器20置于入口12的下游，以限制離子擴散于整個室內(nèi)。微粒收集表面22置于離子俘獲器20的下游，以收集微粒物質(zhì)，所述微粒物質(zhì)已吸附至穿越空氣過濾系統(tǒng)10的離子。風扇26為氣流穿過空氣過濾系統(tǒng)10提供了機械輔助。
雖然上述實施方案中已描述并例述了諸如帶有兩個點電離源18的空氣過濾系統(tǒng)10，需要意識到并理解的是可考慮在其他實施方案中帶有超過2個的多個點電離源。尤其是，點電離源18的數(shù)量可以是等于或大于二的任何數(shù)字。當然，通過采用其它點電離源雖可達到另外的好處，但隨著點電離源18數(shù)量的增加，通過增加一個以上點電離源18而獲得的另外好處即會減少。由此，隨著點電離源18數(shù)量的增加，另外的點電離源18的成本收益比例預計最終將下傾。
在優(yōu)選實施方案中，點電離源18帶有電離頭，所述電離頭在入口格子28的外表面之后凹進5毫米。在備選實施方案中，點電離源18的電離頭在入口格子28的外表面之后凹進10毫米。優(yōu)選地，電離頭凹進處的入口格子28所帶有的孔直徑為8毫米。在備選實施方案中，電離頭凹進處的入口格子28所帶有的孔直徑為20毫米。
在優(yōu)選實施方案中，可通過對市售商品進行改造而構(gòu)建空氣過濾系統(tǒng)10，所述市售商品即Pollenex Model PA115，購自Pol1enex，TheHolmes Group，Milford，Massachusetts。以購自Dayton ElectricManufacturing，Niles，Illinois的Dayton 105 CFM AC軸向風扇4WT47替換原有的風扇26。點電離源18與中心線即Z軸，空氣凈化器的前端面對稱安裝。點電離源18是電絕緣的，且點電離源18與離子俘獲器20是電隔離的。離子俘獲器20帶電接地。
優(yōu)選的是兩種類型的點電離源18，針尖電極和纖維電極。針尖電極是帶有40微米直徑尖端的鎢針。纖維電極由導電性纖維制成，平均纖維直徑為10微米。
優(yōu)選的微粒收集表面22是帶靜電的過濾介質(zhì)，如美國專利申請公開號US2002/0005116 A1中所述，或者由3M Company，St.Paul，Minnesota制造的FiltreteTM。當然，可考慮其他類型的帶靜電過濾介質(zhì)并可用于本發(fā)明中。
對本發(fā)明的各種修正和改變對本領(lǐng)域人員而言是顯而易見的，并不會背離本發(fā)明范圍和精神。應當理解，本發(fā)明并不限于上述的示例的實施方案。
權(quán)利要求
1.一種過濾系統(tǒng)，用于過濾氣流通道中從上游至下游方向流動的空氣內(nèi)的微粒，包括多個點電離源，所述的多個點電離源分別位于所述氣流通道外圍附近，并在所述氣流通道附近通常以各自所述的多個點電離源的上游方向被定向產(chǎn)生離子，所述離子大部分相對于接地帶有電荷；以及位于所述氣流通道內(nèi)，在所述多個點電離源下游方向的微粒收集表面，所述微粒收集表面以與接地相反方向充電有比所述離子的所述電荷更多的靜電荷。
2.權(quán)利要求1中的過濾系統(tǒng)，其中所述多個點電離源分別包含帶有主縱向軸的電離頭。
3.權(quán)利要求2中的過濾系統(tǒng)，其中所述電離頭的所述主縱向軸相對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內(nèi)朝向所述氣流通道不超過六十度，向外遠離所述氣流通道不超過九十度。
4.權(quán)利要求2中的過濾系統(tǒng)，其中所述電離頭包含多點電離頭。
5.權(quán)利要求1中的過濾系統(tǒng)，進一步包括安置用于與所述氣流通道一起運轉(zhuǎn)使用的風扇，從而使所述空氣以上游至下游的方向運動穿過所述氣流通道。
6.權(quán)利要求1中的過濾系統(tǒng)，其中所述微粒收集表面包含過濾器。
7.一種過濾系統(tǒng)，用于過濾氣流通道中從上游至下游方向流動的空氣內(nèi)的微粒，包括多個點電離源，所述的多個點電離源分別位于所述氣流通道外圍附近，并在所述氣流通道附近，通常以各自所述的多個點電離源上游的方向被定向產(chǎn)生離子，所述離子大部分相對于接地帶有電荷；位于所述氣流通道內(nèi)，在所述多個點電離源下游方向的微粒收集表面，所述微粒收集表面以與接地相反方向充電有比所述離子的所述電荷多的靜電荷；位于所述氣流通道內(nèi)，所述多個電離源和所述微粒收集表面之間的離子俘獲器，與所述微粒收集表面和所述離子相比，所述離子俘獲器是相對電中性的。
8.權(quán)利要求7中的過濾系統(tǒng)，其中所述多個點電離源分別包含帶有主縱向軸的電離頭。
9.權(quán)利要求8中的過濾系統(tǒng)，其中所述電離頭的所述主縱向軸相對于所述上游至下游方向成某一個取向角，并且其中所述取向角向內(nèi)朝向所述氣流通道不超過六十度，向外遠離所述氣流通道不超過九十度。
10.權(quán)利要求8中的過濾系統(tǒng)，進一步包括多個流動通道，每一所述多個流動通道至少部分環(huán)繞著各自所述多個點電離源的至少一部分。
11.權(quán)利要求10中的過濾系統(tǒng)，其中部分氣流通常以與所述上游至下游方向相反的方向被引導通過所述電離頭。
12.權(quán)利要求11中的過濾系統(tǒng)，其中所述氣流的所述部分是所述微粒收集表面下游的氣流。
13.權(quán)利要求11中的過濾系統(tǒng)，其中所述氣流的所述部分被引導穿過所述多個流動通道中的至少一個。
14.權(quán)利要求13中的過濾系統(tǒng)，其中所述多個流動通道分別帶有主縱向軸，并且其中每一所述多個流動通道的所述主縱向軸通常平行于所述電離頭的所述主縱向軸。
15.權(quán)利要求14中的過濾系統(tǒng)，其中所述電離頭包含多點電離頭。
16.權(quán)利要求13中的過濾系統(tǒng)，進一步包括安置用于與所述氣流通道一起運轉(zhuǎn)使用的風扇，從而使所述空氣以上游至下游的方向運動穿過所述氣流通道。
17.權(quán)利要求13中的過濾系統(tǒng)，其中所述微粒收集表面包括過濾器。
18.一種過濾系統(tǒng)，用于過濾氣流通道中從上游至下游方向流動的空氣內(nèi)的微粒，包括帶有主縱向軸的點電離源，所述的點電離源在所述氣流通道附近，通常以所述點電離源上游的方向被定向產(chǎn)生離子，所述離子大部分相對于接地帶有電荷；位于所述氣流通道內(nèi)，在所述點電離源下游方向的微粒收集表面，所述微粒收集表面以與接地相反方向充電有比所述離子的所述電荷多的靜電荷；以及位于所述氣流通道內(nèi)，在所述電離源和所述微粒收集表面之間的離子俘獲器，與所述微粒收集表面和所述離子相比，所述離子俘獲器是相對電中性的；一部分所述氣流通常以與所述上游至下游方向相反的方向被引導通過所述電離源。
19.權(quán)利要求18中的過濾系統(tǒng)，其中所述氣流的所述部分是所述微粒收集表面下游的氣流。
20.權(quán)利要求18中的過濾系統(tǒng)，進一步包括至少部分環(huán)繞著所述點電離源的至少一部分的流動通道。
21.權(quán)利要求20中的過濾系統(tǒng)，其中所述氣流的所述部分被引導穿過所述多個流動通道。
22.權(quán)利要求21中的過濾系統(tǒng)，其中所述流動通道帶有主縱向軸，并且其中所述流動通道的所述主縱向軸通常平行于所述電離頭的所述主縱向軸。
23.權(quán)利要求18中的過濾系統(tǒng)，其中所述電離頭包含多點電離頭。
24.權(quán)利要求18中的過濾系統(tǒng)，進一步包括安置用于與所述氣流通道一起運轉(zhuǎn)使用的風扇，從而使所述空氣以上游至下游的方向運動穿過所述氣流通道。
25.權(quán)利要求18中的過濾系統(tǒng)，其中所述微粒收集表面包括過濾器。
26.一種過濾系統(tǒng)，用于過濾氣流通道中以上游至下游方向流動的空氣內(nèi)的微粒，包括帶有主縱向軸的點電離源，所述點電離源在所述氣流通道附近，通常以所述點電離源上游的方向被定向產(chǎn)生離子，所述離子大部分相對于接地帶有電荷；位于所述氣流通道內(nèi)，以所述點電離源下游方向的微粒收集表面，所述微粒收集表面以與接地相反方向帶有與所述離子的所述電荷相反的靜電荷；位于所述氣流通道內(nèi)在所述多個電離源和所述微粒收集表面之間的離子俘獲器，與所述微粒收集表面和所述離子相比，所述離子俘獲器是相對電中性的；安置用于與所述氣流通道一起運轉(zhuǎn)使用的風扇，從而使所述空氣以上游至下游的方向運動穿過所述氣流通道；和所述微粒收集表面下游的一部分所述氣流被所述風扇驅(qū)使，通常以與所述上游至下游方向相反的方向通過所述電離源。
27.權(quán)利要求26中的過濾系統(tǒng)，進一步包括至少部分環(huán)繞著所述點電離源的至少一部分的流動通道。
28.權(quán)利要求27中的過濾系統(tǒng)，其中所述氣流的所述部分被引導穿過所述多個流動通道。
29.權(quán)利要求28中的過濾系統(tǒng)，其中所述流動通道帶有主縱向軸，并且其中所述流動通道的所述主縱向軸通常平行于所述電離頭的所述主縱向軸。
30.權(quán)利要求27中的過濾系統(tǒng)，其中所述電離頭包含多點電離頭。
31.權(quán)利要求28中的過濾系統(tǒng)，其中所述微粒收集表面包括過濾器。
32.一種過濾系統(tǒng)，用于過濾氣流通道中從上游至下游方向流動的空氣內(nèi)的微粒，包括在所述氣流通道附近處定向產(chǎn)生離子的點電離源，所述離子大部分相對于接地帶有電荷；以及位于所述氣流通道內(nèi)，在所述點電離源下游方向的微粒收集表面，所述微粒收集表面以與接地相反方向充電有比所述離子的所述電荷多的靜電荷；一部分所述氣流通常以與所述上游至下游方向相反的方向被引導通過所述電離源。
33.權(quán)利要求32中的過濾系統(tǒng)，其中所述氣流的所述部分是所述微粒收集表面下游的氣流。
34.權(quán)利要求32中的過濾系統(tǒng)，進一步包括至少部分環(huán)繞著所述點電離源的至少一部分的流動通道。
35.權(quán)利要求34中的過濾系統(tǒng)，其中所述氣流的所述部分被引導穿過所述流動通道。
36.權(quán)利要求32中的過濾系統(tǒng)，其中所述電離頭包含多點電離頭。
37.權(quán)利要求32中的過濾系統(tǒng)，進一步包括安置用于與所述氣流通道一起運轉(zhuǎn)使用的風扇，從而使所述空氣以所述上游至下游的方向運動穿過所述氣流通道。
38.權(quán)利要求32中的過濾系統(tǒng)，其中所述微粒收集表面包括過濾器。
39.一種便攜式過濾系統(tǒng)，用于過濾氣流通道中以上游至下游方向流動的空氣內(nèi)的微粒，包括形成氣流通道的便攜式外殼；位于所述氣流通道內(nèi)的通道過濾微粒收集表面，所述微粒收集表面帶有靜電荷；以及安置用于與所述氣流通道一起運轉(zhuǎn)使用的軸向風扇，從而使所述空氣以所述上游至下游的方向運動穿過所述氣流通道。
40.權(quán)利要求39中的過濾系統(tǒng)，進一步包括在所述氣流通道附近被定向產(chǎn)生離子的點電離源，所述離子大部分相對于接地帶有電荷，其中所述微粒收集表面位于所述點電離源的下游方向，并以與接地相反方向充電有比所述離子的所述電荷多的靜電荷。
41.權(quán)利要求40中的過濾系統(tǒng)，其中所述軸向風扇位于所述氣流通道內(nèi)。
42.權(quán)利要求41中的過濾系統(tǒng)，其中所述點電離源通常在所述點電離源的上游方向產(chǎn)生離子。
43.權(quán)利要求41中的過濾系統(tǒng)，包括多個點電離源，所述多個點電離源分別在所述氣流通道的附近被定向產(chǎn)生離子，所述離子大部分相對于接地帶有電荷。
44.權(quán)利要求43中的過濾系統(tǒng)，其中所述多個點電離源通常在所述多個點電離源的上游方向產(chǎn)生所述離子。
45.權(quán)利要求44中的過濾系統(tǒng)，其中所述多個點電離源分別包括帶主縱向軸的電離頭，并且其中所述電離頭的所述主縱向軸相對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內(nèi)朝向所述氣流通道不超過六十度，而向外遠離所述氣流通道不超過九十度。
46.權(quán)利要求45中的過濾系統(tǒng)，其中部分所述氣流通常以與所述上游至下游方向相反的方向被引導通過所述電離頭。
47.權(quán)利要求46中的過濾系統(tǒng)，其中所述氣流的所述部分是所述微粒收集表面下游的氣流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于從空氣中過濾微粒的過濾系統(tǒng)。多個點電離源位于氣流通道外圍附近，并在氣流通道附近處通常朝每一多個點電離源的上游方向定向產(chǎn)生離子。微粒收集表面位于氣流通道中多個點電離源的下游方向處。微粒收集表面與接地方向相反充電有比離子電荷更多的靜電荷。離子俘獲器位于氣流通道內(nèi)多個電離源和微粒收集表面之間。相比較于微粒收集表面和離子，離子俘獲器是相對電中性的。
文檔編號B03C3/34GK1691983SQ03819092
公開日2005年11月2日 申請日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月7日
發(fā)明者張智群, 羅伯特·M·斯威尼哈特 申請人:3M創(chuàng)新有限公司