專利名稱：過濾器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種靜電過濾器。具體但非排它地，本發明涉及一種用于從氣流中去 除塵埃顆粒的靜電過濾器，例如用在真空吸塵器、風扇或空調中的靜電過濾器。
背景技術：
眾所周知，可使用如泡沫過濾器、旋風分離器和靜電分離器之類的機械過濾器將 諸如臟物和塵埃這樣的顆粒從流體流中分離，在靜電分離器中塵埃顆粒帶電荷并隨后被吸 引到另一帶相反電荷的表面，用于收集。公知的旋風分離設備包括用在真空吸塵器中的那些設備。已知這種旋風分離設備 包括用于將相對較大的顆粒分離的低效率旋風器和位于低效率旋風器下游的高效率旋風 器，高效率旋風器用于分離仍留在氣流中的細小顆粒(例如見EP 0 042 723B)。公知的靜電過濾器包括摩擦靜電過濾器和駐極體介質過濾器。這種過濾器的例子 描述于 EP0815788、US7179314 和 US6482252 中。這種靜電過濾器制造費用相對便宜，但受到的不利影響是它們的電荷隨時間消 散，導致它們的靜電性能降低。這又將降低靜電過濾器可收集的塵埃量，這將縮短靜電過濾 器本身的壽命和任何其他下游過濾器的壽命。公知的靜電過濾器還包括這樣的過濾器，其使氣流中的塵埃顆粒以某種方式 帶電荷，隨后經過帶電荷的收集電極上方或周圍以便收集。這種過濾器的例子描述于 JP2007296305中，其中，氣流中的塵埃顆粒在它們經過“電暈放電”金屬線時帶電荷并隨后 被捕獲在位于電暈放電金屬線下游的導電過濾介質中。這種結構的缺點是它們的效率相對 不高、用相對較貴的材料制造、且收集電極需要不斷維護，以維持它們不受所收集塵埃的影 響。一旦收集電極敷有一層塵埃，它們的效率將低得多。另一例子顯示在GB2418163中，其中，氣流中的塵埃顆粒在它們經過位于旋風器 內側的電暈放電金屬線時帶電荷。帶電荷的塵埃顆粒隨后被捕獲于涂覆有導電涂層的旋風 器壁上。盡管該結構很緊湊，但是其存在的缺點是塵埃收集在旋風器內側。這不僅需要不 斷地且艱難地維護以從旋風器的壁上去除塵埃，而且被捕獲于旋風器內側的任何塵埃都會 影響氣旋氣流，降低旋風器本身的分離效率。另一例子顯示于US5593476中，其中，過濾介質位于兩個可滲透電極之間，且氣流 穿過電極并穿過過濾介質。人們期望靜電過濾器的效率盡可能高(即盡可能高比例地能從氣流中分離非常 細小的塵埃)，同時維持適度的工作壽命。還期望靜電過濾器上不會形成太大的壓力降。由此需要提供高效率和長工作壽命的靜電過濾器。在某些應用中，例如在家用真 空吸塵器應用中，要求將器具制造得盡可能緊湊，又不犧牲器具的性能。還需要結構更簡單 且能方便地裝入器具中的靜電過濾器。
發明內容
因此，本發明提供一種靜電過濾器，包括位于第一和第二電極之間的過濾介質，每 個電極在使用期間處于不同電壓，以使得跨越過濾介質形成電勢差，其中過濾器的性能沿 過濾介質的長度變化。可變化的性能可以是平均孔尺寸/直徑、每英寸孔數、過濾介質的電阻率和/或類 型。本說明書中使用的術語“孔尺寸”和“孔直徑”可互換。用于測量平均孔尺寸/直徑和 計算每英寸孔數的方法在具體描述中給出。例如，平均孔尺寸每英寸孔數可以沿下游方向增加或減小。平均孔尺寸或每英寸 孔數的這種變化可以是發生在單個過濾介質中的漸變，或者可使過濾介質的多個段處于一 起以形成過濾介質，該過濾介質在其長度上具有變化的平均孔尺寸或每英寸孔數。在靜電 過濾器中例如可以使用兩段、三段、四段或更多段的過濾介質。再者，平均孔尺寸或每英寸 孔數可以沿下游方向增加或減少，或替換地可以以其他隨機或非隨機的方式改變。最優選的是，過濾介質的平均孔尺寸/直徑沿下游方向減小。優選每英寸孔數可 以沿下游方向增加。這種結構是有利的，因為在使用期間，過濾介質的上游端將暴露于灰塵最多的環 境下，而較大的孔尺寸將能更好地適應這種灰塵，而不會限制流過過濾器的氣流。進一步向 下游，較小孔尺寸將可被捕獲已穿過過濾器上游部分的任何較小灰塵顆粒。這種結構可有 利地促進跨越過濾介質的壓力損失的降低。過濾介質可由任何合適的材料制成，例如由玻璃、聚酯、聚丙烯、聚氨酯或任何其 他合適的塑性材料制成。在一優選實施例中，過濾介質是開孔網狀泡沫材料(open cell reticulated foam)。例如，聚氨酯泡沫材料。去除泡沫材料中的胞形窗口(cell windows) 以便形成完全開孔網狀組織時可形成網狀泡沫材料。這類過濾介質特別有利，因為泡沫材 料可以在氣流中保持其結構。聚氨酯泡沫材料可從聚酯或聚醚獲得。過濾介質或其一段可以具有每英寸3、或5、或6、或8、或10、或15、或20、或25、 或30到35、或40、或45、或50、或55、或60個孔(PPI)，平均孔直徑從0. 4、或0. 5、或1、 或1.5、或2、或2. 5、或3、或3. 5到4、或4. 5、或5、或5. 5、或6、或6. 5、或7、或7. 5、或8、 或8. 5mm (或400微米到8500微米)。在一優選實施例中，過濾介質或其一段可以從8到 30PPI，而平均孔直徑從1.5mm到5mm。在另一優選實施例中，過濾介質或其一段可以從3到 30PPI，平均孔直徑從1. 5mm到8mm。最優選的是，PPI可以從3到10PPI。在一優選實施例 中，過濾介質的上游部分/段可以具有3PPI的PPI，而下游部分/段可以具有6PPI的PPI。 在一優選實施例中，過濾介質的上游部分/段可以具有7200微米(7.2mm)的平均孔直徑， 而下游部分/段可以具有4500 (4. 5mm)的平均孔直徑。優選第一和第二電極基本無孔。優選過濾介質具有長度，且第一和第二電極沿過 濾介質的長度是無孔的。在最優選實施例中，第一和第二電極沿其整個長度無孔。本說明書中所用的術語“無孔”應理解為意味著第一和第二電極具有連續的密實 表面而沒有穿孔、孔或間隙。在一優選實施例中，第一和第二電極是無孔的，致使在使用過 程中氣流沿電極的長度行進通過過濾介質。理想的是，氣流不穿過第一或第二電極。在使用期間空氣不得流過電極的這種結構是有利的，因為其可以減小靜電過濾器 上的壓降。此外，因為電極是無孔的，所以它們的表面積比如果電極有孔的表面積更大。這
4可以改善靜電過濾器的總體性能。 在一優選實施例中，過濾介質可以是電阻性過濾介質。本說明書中使用的術語“電 阻性過濾介質”應理解為意味著過濾介質在22°C時的電阻率為IXlO7到IxlO13歐姆-米。 在最優選的實施例中，過濾介質在22°C時可具有2xl09到2x10"歐姆-米的電阻率。過濾 介質的電阻率可以沿過濾介質的長度改變。在一具體實施例中，電阻率可沿下游方向減小。該靜電過濾器利用跨越過濾介質形成的電勢差在過濾介質本身中收集塵埃，而不 是收集于收集電極上。與之前的靜電過濾器相比，這種結構的優勢在于沒有需要清理的收 集電極。因為過濾介質的塵埃保持能力，這可以減少維護的需要并可增長過濾器的壽命。由于電阻性過濾介質具有負載可形成電勢差，因此僅有小電流流過過濾介質。但 是，電場可能干擾任何正電荷和負電荷在電阻性過濾介質的纖維中的分配，使得它們排布 在各自的電極上。此過程可使塵埃結合于或穩定于過濾介質的纖維上，因為穿過過濾器的 氣流中的塵埃顆粒將被吸引到過濾介質的相應正端和負端。這有利于使塵埃顆粒被捕獲于 過濾介質本身中而不必將塵埃顆粒捕獲在帶電荷的電極上。此外，因為靜電過濾器基本是一個部件，即過濾介質位于第一和第二電極之間，所 以可以比之前的結構更緊湊，因此更便于組裝。也可以將靜電過濾器定位在器具的任何氣 流中。這有利于允許將該過濾器用在家用真空吸塵器中。在一實施例中，過濾介質可以與第一和/或第二電極接觸。在一優選實施例中，過 濾介質可沿其整個長度與第一和/或第二電極接觸，例如使得過濾介質夾在第一和第二電 極之間。優選在過濾介質與第一和第二電極之間沒有間隙。在一具體優選實施例中，第一和第二電極形成空氣路徑的壁的至少一部分，且過 濾介質沿其全部長度與壁接觸，因此在使用期間含有塵埃顆粒的氣流必須沿空氣路徑穿過 過濾介質。本靜電過濾器還可包括至少一個電暈放電器件，過濾介質布置在電暈放電器件下游。 增設電暈放電器件可利于提高靜電過濾器的效率。這是因為電暈放電器件有助于使氣流中的 任何塵埃顆粒在它們穿過過濾介質之前帶電荷，由此有助于增加塵埃顆粒吸引到過濾介質。在一優選實施例中，電暈放電器件可以包括至少一個大曲率電暈放電電極和至少 一個小曲率電極。因為可以產生大量離子源以便讓氣流中的任何塵埃顆粒帶電荷，所以這 種結構很有利。這些帶電荷的塵埃顆粒隨后更容易借助過濾介質被過濾出，使用期間跨越 該過濾介質具有電勢差。電暈放電電極可以是任何合適的形式，只要其具有比小曲率電極更大的曲率。換 句話說，優選電暈放電電極具有的形狀能使其表面處的電場大于小曲率電極表面處的電 場。合適的結構的例子可以如下，即電暈放電電極是一或多個金屬線、點、針頭或鋸齒狀部， 而小曲率電極是圍繞它們的管。或者，小曲率電極是平板。在一具體實施例中，電暈放電電極可由第一或第二電極的一部分形成。在一優選 實施例中，電暈放電電極呈一點或多點的形式，所述點由第一或第二電極的下游邊緣形成 或在下游邊緣上形成。下游邊緣可以是第一或第二電極的下邊緣或上邊緣，這取決于靜電 過濾器的方位和在使用期間空氣進入靜電過濾器的方向。理想的是，第二電極的下邊緣或 上邊緣呈鋸齒狀，以形成電暈放電電極。小曲率電極也可以由第一或第二電極的一部分形成。在一具體實施例中，小曲率電極由第一或第二電極的下游部分形成或形成于該下游部分上。再者，下游部分可以是第 一或第二電極的上部或下部，這取決于靜電過濾器的方位和使用期間空氣進入靜電過濾器 的方向。在一優選實施例中，第二電極的下邊緣呈鋸齒形，以形成電暈放電電極，而第一電 極的下部形成小曲率電極。在一替換實施例中，第二電極的上邊緣呈鋸齒形，以形成電暈放 電電極，而第一電極的上部形成小曲率電極。因為不需要形成電暈放電電極或小曲率電極的單獨部件，所以這些結構是有利 的。優選電暈放電電極和/或小曲率電極可從過濾介質上游表面的上游突出。理想的 是，放電電極和/或小曲率電極可以在過濾介質上表面的上方或下表面的下方突出。在一 具體實施例中，小曲率電極從電暈放電電極的下表面上游和下游兩者突出。這是有利的，因 為其有助于使得上面形成離子場的體積最大化，以用于在塵埃顆粒穿過離子場時使塵埃顆 粒帶電荷的幾率最大。在一具體實施例中，第一電極的電壓可比第二電極的電壓高。或者，第二電極可具 有比第一電極高的電壓。理想的是，第一電極處于0伏或+/-2kV。第二電極的電壓可以或 者比第一電極的電壓高或者比第一電極的電壓低。在一優選實施例中，第一電極具有比第 二電極高的電壓。在一具體優選實施例中，第一電極處于0伏或+/-2kV，而第二電極可以從 +/-2、或4、或5、或6、或7、或8、或9到10、或11、或12、或13、或14或15kV。在最優選實 施例中，第二電極可以從_2或_4到-10kV。在一替換實施例中，電暈放電電極可以遠離第一和第二電極。在這種實施例中，電 暈放電電極可以是一或多個金屬線、針、點或鋸齒狀部的形式。在這種實施例中，小曲率電 極仍可由第一或第二電極的一部分形成。在一具體實施例中，第二電極的一部分可以形成 小曲率電極。在另一替換實施例中，可使電暈放電器件、即電暈放電電極和小曲率電極二者位 于遠離第一和第二電極之處。第一和第二電極可以具有任何合適的形狀，例如它們可以是平面，且過濾介質可 以夾在這些層之間。平面電極可以具有任何合適的形狀，例如方形、矩形、圓形或三角形。電 極可以具有不同尺寸。可供選擇的是，第一和/或第二電極可以呈管狀，例如它們的橫截面可以呈圓形、 方形、三角形或任何其他合適形狀。在一具體實施例中，電極可以呈圓柱形，過濾介質位于 電極柱體之間。在一優選實施例中，可將第一和第二電極定位為與過濾介質同心，該過濾介 質同心地定位在它們之間。靜電過濾器也可進一步包括一或多個其他電極。所述一或多個其他電極也可以具 有任何合適的形狀，例如平面形或圓柱形。優選所述一或多個其他電極是無孔的。在第一和第二電極是圓柱形的實施例中，靜電過濾器例如還可以包括第三電極。 在這種實施例中，第二電極可以位于第一和第三電極之間。在這種實施例中，第二電極可以 同心地位于第一電極和第三電極之間。在這種實施例中，另一過濾介質可以位于第二電極 和第三電極之間。再者，優選使用期間第二電極和第三電極的每一個處于不同電壓，使得跨 越該另一過濾介質形成電勢差。
在一具體實施例中，使用期間第一電極和第三電極可以處于相同電壓。第二電極 可以或者帶正電荷或者帶負電荷。理想的是，第二電極帶負電荷。第一電極和第三電極的 電壓可以或高于第二電極電壓或低于第二電極電壓。在一優選實施例中，第一電極和第三 電極的電壓可以高于第二電極的電壓。在一特別優選的實施例中，第一電極和第三電極可 以處于0伏或+/-2kV，而第二電極可以為+/_2、或4或10kV。在最優選實施例中，第二電極 可以處于-10kV。在一實施例中，靜電過濾器可以包括多個圓柱形電極，這些電極相對于彼此同心 地布置，其中過濾介質位于相鄰電極之間，其中，相鄰電極在使用期間處于不同電壓，使得 跨越每個過濾介質形成電勢差。在一替換實施例中，靜電過濾器可以包括多個平面電極，它們彼此平行地或基本 平行地布置，其中，過濾介質位于相鄰電極之間，且其中，相鄰電極在使用期間處于不同電 壓，使得跨越每個過濾介質形成電勢差。電極可以用任何合適的導電材料形成。優選第二電極可以用導電金屬板形成，該 金屬板的厚度從0. 1mm、或0. 25mm、或0. 5mm、或1mm、或1. 5mm、或2mm至2. 5mm、或3mm、或 4mm。理想的是，第一和/或第二和/或第三電極用厚度從0. 1mm、或0. 25mm、或0. 5mm、或 1_、或1. 5_、或2mm至2. 5_、或3_、或4mm的導電金屬箔形成。額外地或替換地，可用一或多個電極覆蓋過濾介質。例如，過濾介質的一或多個表 面可以覆蓋有導電層。本發明的第二方面提供了一種包括如上所述靜電過濾器的真空吸塵器。在一具體 實施例中，真空吸塵器可以包括空氣路徑，且導電金屬箔可以覆蓋空氣路徑的至少一部分， 以形成電極。在一具體實施例中，空氣路徑是非旋渦式空氣路徑。
下文將參照附圖并以舉例方式描述本發明。附圖中圖1的示意圖示出了貫穿本發明的靜電過濾器的截面；圖2a的示意圖示出了貫穿本發明的靜電過濾器的截面；圖2b是圖2a所示靜電過濾器的側視圖；圖3的示意圖示出了貫穿本發明的靜電過濾器的截面；圖4的示意圖示出了貫穿本發明的靜電過濾器的截面；圖5的示意圖示出了貫穿本發明的靜電過濾器的截面；圖6的示意圖示出了貫穿本發明的靜電過濾器的截面；圖7的示意圖示出了貫穿本發明的靜電過濾器的截面；圖8a示出了貫穿本發明的并入靜電真空吸塵器的旋風分離設備的縱向截面；圖8b示出了貫穿圖8a所示旋風分離設備的水平截面；圖9示出了貫穿本發明的并入靜電真空吸塵器的旋風分離設備的截面；圖IOa示出了貫穿本發明的并入靜電真空吸塵器的旋風分離設備的縱向截面；圖IOb示出了圖IOa所示旋風分離設備的水平截面；圖11是裝入了圖8、9或10所示旋風分離設備的筒式真空吸塵器；圖12是裝入了圖8、9或10所示旋風分離設備的立式真空吸塵器；
圖13a示出了通過水平截面截取的過濾介質構造的顯微圖像；圖13b示出了用于測量孔直徑的各個孔的選擇情況；以及圖13c示出了如何測量每個孔的直徑。
具體實施例方式整個說明書中類似的附圖標記代表類似的部件。參見圖1所示的靜電過濾器，其總體用附圖標記1表示。可以看到，靜電過濾器1包括電阻性過濾介質2，該過濾介質被夾在第一無孔電極 4和第二無孔電極6之間并與它們接觸。在使用中，每個第一和第二電極4、6處于不同電 壓，致使跨越電阻性過濾介質2形成電勢差。使用期間，第一電極4為0伏，第二電極6為 +/-4到10kV。電極4、6連接到高電壓電源(未示出)。第一和第二電極4、6形成被電阻性過濾介質2填充的空氣路徑的至少一部分，使 得在使用中帶灰塵的空氣A必須沿第一和第二電極4、6的長度穿過電阻性過濾介質2。跨 越電阻性過濾介質2產生的電勢差導致任何穿過靜電過濾器1的帶電荷灰塵顆粒被吸引到 電阻性過濾介質2的相應正端和負端，于是導致灰塵顆粒被捕獲。當帶灰塵的空氣A中的 灰塵顆粒穿過靜電過濾器1上游的空氣通道時，灰塵顆粒可通過摩擦在進入靜電過濾器1 之前帶上電荷。圖2a和2b示出了靜電過濾器1的第二實施例。在該實施例中，靜電過濾器1還 包括電暈放電器件。電暈放電器件包括大曲率電暈放電電極10和小曲率電極12。小曲率 電極12可以是平表面或彎曲表面。在該實施例中，電暈放電電極10呈第二電極6的鋸齒 狀下邊緣14的形式，其在電阻性過濾介質2的下表面16下方延伸，且小曲率電極12是第 一電極4的延伸部，其突出于電阻性過濾介質2的下表面16的下方。優選的是，小曲率電極12在電暈放電電極10的上游和下游兩者突出。這有利地 使得上面產生電離場的體積最大。在該實施例中，第一和第二電極4、6與電暈放電電極10和小曲率電極12—起形 成被電阻性過濾介質2部分地填充的空氣路徑的至少一部分，因此在使用中帶灰塵的空氣 B必須經過電暈放電器件，使得帶灰塵的空氣B中的灰塵顆粒帶電荷。含有帶電荷灰塵顆 粒的帶灰塵的空氣B隨后必須穿過電阻性過濾介質2。跨越電阻性過濾介質2形成的電勢 差使得帶電荷灰塵顆粒被吸引到電阻性過濾介質2的相應正端和負端，于是這些灰塵顆粒 被捕獲于電阻性過濾介質2中。在該實施例中，使用期間第一電極4處于0伏，而第二電極 6處于-4到10kV。這也意味著電暈放電電極10處于-4到10kV，而小曲率電極12處于0 伏。再者，電極4、6連接到高電壓電源(未示出)。在圖3所示的替換實施例中，電暈放電電極10可遠離第一和第二電極4、6。在這 種實施例中，電暈放電器件的電暈放電電極10可以是一或多個金屬線、針、點或鋸齒形部 的形式。在圖3所示的實施例中，電暈放電電極10是金屬線20的形式，而小曲率電極12 是第二電極6。在該實施例中，電暈放電電極10和第二電極6優選處于不同電壓。例如，電 暈放電電極可以處于-4到10kV，而形成小曲率電極12的第二電極4可處于0伏。在該實 施例中，第一電極4也可處于比第二電極6更低或更高的電壓，例如第一電極4可以處于+ 或-4 到 IOkV0
在該實施例中，空氣通道至少部分地由第二電極6形成。帶灰塵的空氣C流過該 空氣通道，且電暈放電器件使得灰塵顆粒帶電荷。含有帶電荷灰塵顆粒的帶灰塵的空氣C 隨后穿過位于第一電極4和第二電極6之間的電阻性過濾介質2進入空氣路徑。再者，跨 越電阻性過濾介質2產生的電勢差使帶電荷灰塵顆粒被吸引到電阻性過濾介質2的相應正 端與負端，于是這些灰塵顆粒被捕獲在電阻性過濾介質2內。在另一替換實施例中，可將整個電暈放電器件、即電暈放電電極10和小曲率電極 12兩者定位為遠離第一和第二電極4、6。這種實施例可見于圖4。該實施例包括設置在第一和第二電極4、6上游的至少一個小曲率電極12和至少 一個電暈放電電極10。帶灰塵的空氣D流過包含至少一個電暈放電電極10和至少一個小 曲率電極12的空氣通道，且灰塵顆粒借助電暈放電器件帶電荷。含有帶電荷灰塵顆粒的帶 灰塵的空氣D隨后穿過電阻性過濾介質2進入空氣通道，該電阻性過濾介質位于第一電極 4和第二電極6之間。再者，跨越電阻性過濾介質2產生的電勢差使得帶電荷灰塵顆粒被 吸引到電阻性過濾介質2的相應正端和負端，于是這些灰塵顆粒被捕獲于電阻性過濾介質 2中。本發明的其他實施例顯示于圖5中。可以看到，靜電過濾器1還包括第三電極8。 在該實施例中，另一電阻性過濾介質2定位在第二電極6和第三電極8之間。使用期間優 選第二和第三電極6、8的每一個處于不同電壓，使得跨越該另一電阻性過濾介質2形成電 勢差。小曲率第二電極12從第三電極8延伸并在第二電阻性過濾介質2的下表面16下方 突出。優選小曲率第二電極12于電暈放電電極10的上游和下游兩者突出。再次，這使 得上面產生電離場的體積最大化。在該實施例中，第一、第二和第三電極4、6、8與電暈放電電極10和小曲率電極12 一起形成被電阻性過濾介質2部分地填充的空氣路徑的至少一部分，使得使用中帶灰塵的 空氣E必須經過電暈放電器件，致使帶灰塵的空氣E中的灰塵顆粒帶電荷。然后含有帶電 荷灰塵顆粒的帶灰塵的空氣E必須穿過任一電阻性過濾介質2。跨越電阻性過濾介質2產 生的電勢差導致帶電荷灰塵顆粒被吸引到電阻性過濾介質2的相應正端和負端，于是這些 灰塵顆粒被捕獲于電阻性過濾介質中。在上述所有實施例中，空氣路徑至少部分地由第一電極4、第二電極6、也可能還 有第三電極8所限定。然而，靜電過濾器1還可包括一或多個壁，這些壁與電極4、6、8—起 形成空氣路徑，使得帶灰塵的空氣A、B、C、D或E穿過電阻性過濾介質2。電極4、6、8可以 具有任何合適的形狀，例如它們可以是平面的。這些平面層可以具有任何合適的形狀，例如 方形、矩形、圓形或三角形。在一替換實施例中，第一電極4、第二電極6以及可能還有第三電極8可以呈管狀。 在這種實施例中，第一和第二電極4、6以及可能還有第三電極8將限定通過電阻性過濾介 質2的空氣路徑。在這種實施例中，不需要額外的壁來形成空氣路徑。當然，可能的是，電 阻性過濾介質2可比電極4、6、(8)長，由此一些其他壁或結構可以圍繞電阻性過濾介質2 的下側區域或上側區域。圖6、7、8a和8b中示出了包括第一、第二和第三管狀電極4、6、8的實施例。在這 些實施例中，電極4、6、8呈管狀，第二電極6同心地布置在第一和第三電極4、8之間。可以
9看到，電極4、6、8呈圓柱形，盡管這些電極可以具有任何適當的形狀的橫截面，例如方形、 矩形、三角形或具有不規則形狀，。在圖6中可以看到，電阻性過濾介質2位于第一和第二電極4、6之間及第二和第 三電極6、8之間。還可看到，在該實施例中，鑒于第一個小曲率電極是第一電極4在電阻性 過濾介質2的下表面16下方的延伸部，而第二個小曲率電極是第三電極8在電阻性過濾介 質2的下表面16下方的延伸部，靜電過濾器1包括兩個也呈圓柱形的小曲率電極12。電暈放電電極10是第二電極6的鋸齒狀下邊緣14的形式，其在電阻性過濾介質 2的下表面16下方延伸且本身也呈圓柱形。可看到小曲率電極12突出于鋸齒狀下邊緣14 的上游和下游兩者。在該實施例中，空氣通道22通過靜電過濾器1的中心形成。該空氣通道22可用 于將帶灰塵的空氣F輸送到電暈放電器件。帶灰塵的空氣F流過空氣通道22朝電暈放電 器件輸送。隨后帶灰塵的空氣F通過電暈放電器件并使灰塵顆粒帶電荷。含有帶電荷灰塵 顆粒的帶灰塵的空氣F隨后通過位于第一和第二電極4、6之間的電阻性過濾介質2或位于 第二和第三電極6、8之間的電阻性過濾介質2，灰塵顆粒被捕獲于電阻性過濾介質2中。在一替換實施例中，如圖7所示的實施例，電暈放電電極10遠離第二電極6。在 該實施例中，電暈放電電極10是金屬線20的形式，而小曲率電極12是形成通道22的壁的 第三電極8。帶塵埃的空氣G流過該空氣通道22且灰塵顆粒借助電暈放電器件而帶電荷。 含有帶電荷灰塵顆粒的帶灰塵的空氣G隨后通過位于第一和第二電極4、6之間的電阻性過 濾介質2或位于第二和第三電極6、8之間的電阻性過濾介質2，灰塵顆粒被捕獲在電阻性過 濾介質2中。在參照圖5到7所述的所有實施例中，第一和第三電極處于0伏而第二電極處 于-4到10kV。這也意味著電暈放電電極10處于-4到IOkV而小曲率電極處于0伏。電極4、6、8可以用任何合適的導電材料形成。優選第一、第二和/或第三電極4、 6、8 由 0. 1mm、或 0. 25mm、或 0. 5mm、或 1mm、或 1. 5mm、或 2mm 至Ij 2. 5mm、或 3mm 或 4mm 厚度的
導電金屬板形成。在上述所有實施例中，電阻性過濾介質2可用任何合適的材料形成，例如用從聚 酯獲得的開孔網狀聚氨酯泡沫材料形成。在一優選實施例中，電阻性過濾介質2為3到12PPI，優選為8到10PPI，最優選為 3到6PPI。但是，電阻性過濾介質2的平均孔尺寸、PPI或類型可以沿其長度改變。例如圖 8a所示的電阻性過濾介質2的孔尺寸沿其長度改變，因為它是由各具有不同孔尺寸的兩個 部分形成的。在所示實施例中，上游部分具有3或8PPI，而下游部分具有6或10PPI。孔尺寸/直徑可以用以下方法測量。1)如圖13a所示，通過水平截面取得泡沫結構的顯微圖像，以確保孔一致性。2)如圖13b所示，選擇五個獨立的孔。3)如圖13c所示，每個孔直徑的測量精確度不小于100微米，且應對五個孔取平均值。4)該平均孔尺寸(孔直徑)以微米或mm單位給出。通過將25400(1英寸=25400微米)除以孔直徑(微米)計算每英寸的孔數。圖8a、8b、9、IOa和IOb示出了本發明的第二方面，其中，靜電過濾器1已被裝入真空吸塵器的旋風分離設備中。裝入了圖8a、8b、9、10a和IOb所示的旋風分離設備的真空吸 塵器顯示于圖11和12中。在圖11中，真空吸塵器100包括主體24、安裝在主體24上用于跨要被處理的表面 操縱真空吸塵器100的輪子26、及可拆卸地安裝在主體24上的旋風分離設備28。軟管30 與旋風分離設備28連通，且電機和風扇單元(未示出)承裝在主體24中，用于將帶灰塵的 空氣經由軟管30抽吸到旋風分離設備28中。通常，地面接合清潔器頭(未示出)經由棒 聯接到軟管30的遠端，以有助于在要被處理的表面上操縱臟空氣入口 34。在使用中，經由軟管30被吸入旋風分離設備28的帶灰塵的空氣在旋風分離設備 28中從該空氣中分離出灰塵顆粒。臟物和灰塵被收集在旋風分離設備28中，而干凈的空氣 被引導流過電機用于冷卻目的，然后經由主體24中的排放口排出真空吸塵器100。圖12所示的立式真空吸塵器100也具有主體24，主體中安裝有電機和風扇單元 (未示出)，且輪子26安裝在主體上以允許跨要被處理的表面操縱真空吸塵器。清潔器頭 32可樞轉地安裝在主體24下端，且臟空氣入口 34設置在清潔器頭32的下側面向要被處理 的表面。旋風分離設備28可拆卸地設置在主體24上，且管道36在臟空氣入口 34和旋風 分離設備28之間提供連通。棒和把手組件38可釋放地安裝在主體24上并位于旋風分離 設備28后方。在使用中，電機和風扇單元將帶灰塵的空氣經由臟空氣入口 34或棒38吸入真空 吸塵器100中。帶灰塵的空氣經由管道36被送到旋風分離設備28，夾帶的灰塵顆粒在旋風 分離設備28中與空氣分離并保持在該旋風分離設備中。干凈的空氣通過電機用于冷卻的 目的，隨后從真空吸塵器100排出。形成每一個真空吸塵器100的一部分的旋風分離設備28更詳細地示于圖8a、Sb、 9、10a和IOb中。旋風分離設備28具體的總體形狀可以根據要使用旋風分離設備28的真 空吸塵器100的類型改變。例如，設備的總長度可以相對于旋風分離設備28的直徑增加或 減小。旋風分離設備28包括外箱42，該外箱具有基本為圓柱形的外壁44。外箱42的下 端由基部46關閉，該基部通過樞軸48可樞轉地附接到外壁44并通過卡持部50保持在關 閉位置。在關閉位置，基部46抵靠外壁44的下端密封。可釋放卡持部50使基部46樞轉 遠離外壁44，以便清空旋風分離設備28。第二圓柱形壁52位于外壁44的徑向朝內之處并 與其間隔開，以便在它們之間形成環形腔室54。第二圓柱形壁52與基部46相接(當基部 46處于關閉位置時)并抵靠該基部密封。通常環形腔室54由外壁44、第二圓柱形壁52和 基部46界定，以形成外箱42。此外箱42既是第一級旋風器56又是灰塵收集器。帶灰塵空氣的入口 58設置在外箱42的外壁44中。帶灰塵空氣的入口 58相對外 壁44切向地布置，以便確保進入的帶灰塵的空氣被迫繞環形腔室54遵循螺旋路線流動。流 體出口設置在外箱42中且呈遮罩60的形式。遮罩60包括圓柱形壁62，在該壁中形成許 多穿孔64。來自第一級旋風器56的唯一流體出口借助遮罩60中的穿孔64形成。通路66 形成在遮罩60的下游。通路66與并行布置的多個第二級旋風器68連通。通路66可以是 通向第二級旋風器入口 69的環形腔室的形式，或者可以是多個不同空氣通路的形式，其中 每條通路通向不同的第二級旋風器68。第三圓柱形壁70在基部46和旋渦溢流管板(vortex finder plate) 72之間延伸，
11該板形成每個第二級旋風器68的上表面。第三圓柱形壁70位于第二圓柱形壁52的徑向 內部且與其間隔開，以便在它們之間形成第二環形腔室74。當基部46處于關閉位置時，第三圓柱形壁70可以抵靠基部密封，如圖IOa所示。 替換地，如圖8a和9所示，第三圓柱形壁70也可由靜電過濾器基部板77密封。第二級旋風器68呈圓形地安置在第一級旋風器56上方。它們被布置成環形，環 形的中心位于第一級旋風器56的軸線上。每個第二級旋風器68具有向下并朝向第一級旋 風器58的軸線傾斜的軸線。每個第二級旋風器68呈截頭圓錐形且包括圓錐形開口 76，該開口通進第二環形 腔室74的上部。在使用中，被第二級旋風器68分離的灰塵通過圓錐形開口 76排出并被收 集在第二環形腔室74中。旋渦溢流管(vortex finder) 78設置在每個第二級旋風器68的 上端處。漩渦溢流管78可以是旋渦溢流管板72的一體部分，或者它們可以穿過旋渦溢流 管板72。在圖8a和9所示的實施例中，旋渦溢流管78通到旋渦溢流管指狀部80中，該指 狀部直接與靜電過濾器1連通而不會清空到與靜電過濾器1連通的集氣腔。但可能的是， 旋渦溢流管78可以與集氣室81連通，該集氣室又與靜電過濾器1連通。這種集氣室顯示 于IOa中。靜電過濾器1沿著旋風分離設備28的中心同心地布置，以使得第二級旋風器68 和第一級旋風器56的至少一部分環繞靜電過濾器1。在圖8a和9中，可以看到，空氣通道22從旋渦溢流管指狀部80通到電暈放電器 件。該空氣通道22用于將帶灰塵的空氣輸送到電暈放電器件。靜電過濾器1包括同心布 置的圓柱形的第一、第二和第三電極4、6、8。電阻性過濾介質2位于第一和第二電極4、6之 間及第二和第三電極6、8之間。靜電過濾器1還包括電暈放電電極10和兩個小曲率電極 12形式的電暈放電器件。第一小曲率電極12是第一電極4在電阻性過濾介質2的下表面16下方的延伸部， 第二小曲率電極12是第三電極8在電阻性過濾介質2的下表面16下方的延伸部。電暈放電電極10呈在電阻性過濾介質2的下表面16下方延伸的第二電極6的鋸 齒狀下邊緣14的形式。可以看到，小曲率電極12突出于電暈放電電極10的鋸齒狀下邊緣 14的上游和下游兩者。靜電過濾器的其他特征可以如參照圖6進行的描述那樣。使用圖8a、8b和9所示的分離設備期間，帶灰塵的空氣經由臟空氣的入口 34進入 旋風分離設備28，因為入口 34切向布置，帶灰塵的空氣環繞外壁44遵循螺旋路徑流動。較 大的臟物和灰塵顆粒借助環形腔室54中的旋風作用而沉積并收集于其中。部分被清潔的 帶灰塵的空氣經由遮罩60中的穿孔64排出環形腔室54并進入通路66。隨后該部分被清 潔的帶灰塵的空氣進入第二級旋風器68的切向入口 69。旋風分離作用建立于第二級旋風 器68內側，使得仍夾帶在氣流中的一些灰塵顆粒發生分離。在第二級旋風器68中從氣流 中分離的灰塵顆粒沉積在第二環形腔室74中，而進一步被清潔的帶灰塵的空氣經由旋渦 溢流管78離開第二級旋風器68。然后，進一步被清潔的帶灰塵的空氣穿過漩渦指狀部80 進入空氣通道22并進入靜電過濾器1。進一步被清潔的帶灰塵的空氣隨后沿空氣通道22行進并經過由電暈放電電極10和小曲率電極12形成的電暈放電器件，使得留在進一步被清潔的帶灰塵的空氣中的任何 灰塵顆粒帶電荷。含有帶電荷灰塵的進一步被清潔的帶灰塵的空氣隨后流過電阻性過濾介 質2。跨越電阻性過濾介質2產生的電勢差使得帶電荷灰塵顆粒被吸引到電阻性過濾介質 2的相應正端和負端，于是使灰塵被捕獲于電阻性過濾介質2中。在圖8a中，干凈的空氣隨后經由旋渦溢流管板72中的孔82離開靜電過濾器1并 進入排氣總管，再經由排出口 86排出旋風分離設備28。在圖9中，干凈的空氣隨后借助穿過排出指狀部88而離開靜電過濾器1，該排氣指 狀部布置在靜電過濾器1的上端處并位于電阻性過濾介質2的下游。排出指狀部88將空 氣朝向排放通道90引導，該排放通道穿過旋風分離設備28的中心。空氣通過該排放通道 90并經由在旋風分離設備28基部處的排出口 86而排出旋風分離設備28。在圖IOa和IOb中可以看到，靜電過濾器1包括多個平板電極92，這些電極位于流 體地連接到集氣室81的空氣通道22中。電阻性過濾介質2位于相鄰的電極92之間。電 暈放電器件包括多個電暈放電電極10和多個小曲率電極12。電暈放電電極10呈布置于兩個其他電極之間的電極的鋸齒狀上邊緣14的形式。 小曲率電極12由位于電暈放電電極10的任一側上的電極的上部形成。可以看到，小曲率 電極12突出于電暈放電電極10的鋸齒狀上邊緣14的上游和下游兩者。在使用圖IOa和IOb所示分離設備期間，帶灰塵的空氣在離開旋渦溢流管78之前 以與上面參照圖8a和9所述相同的方式流過旋風分離設備28。在圖IOa中，一旦空氣離開 旋渦溢流管78，空氣行進通過集氣室81，該集氣室收集來自旋渦溢流管78的空氣并使空氣 被引進空氣通道22和靜電過濾器1中。空氣隨后經過由電暈放電電極10和小曲率電極12形成的電暈放電器件，使得留 在空氣中的任何灰塵顆粒帶電荷。含有帶電荷灰塵的空氣隨后通過電阻性過濾介質2。跨 越電阻性過濾介質2形成的電勢差使得帶電荷灰塵顆粒被吸引到電阻性過濾介質2的相應 正端和負端，于是這些灰塵顆粒被捕獲在電阻性過濾介質2中。干凈的空氣隨后離開靜電過濾器1并經由旋風分離設備28基部處的排出口 86排 出旋風分離設備28。已經通過第一級和第二級旋風器56、68從帶灰塵的空氣中分離出的灰塵顆粒被 收集在兩個環形腔室54、74中。為了清空這些腔室，可釋放卡持部50，以允許基部46樞轉， 例如繞鉸鏈(未示出)樞轉，使得基部46下落離開壁44、52的下端。收集在腔室54、74中 的臟物和灰塵隨后可以方便地從旋風分離設備28中清空。從上面的描述中可以理解，旋風分離設備28包括兩個不同的旋風分離級和一個 不同的靜電過濾級。在所示的優選實施例中，靜電過濾器位于所有旋風處理級的下游。第一 級旋風器56構成第一旋風分離單元，該單元包括基本圓柱形的單個第一旋風器。在該第一 級旋風器中，外壁44的相對較大直徑意味著可從空氣中分離相當大的顆粒的臟物和碎屑， 因為施加到臟物和碎屑的離心力較小。也可分離出一些細小的灰塵。大部分較大的碎屑能 可靠地沉積在環形腔室54中。設有十二個第二級旋風器68。在這些第二級旋風器68中，每個第二級旋風器68 的直徑比第一級旋風器56的直徑小，所以能比第一級旋風器56分離更細小的臟物和灰塵 顆粒。面對已經被第一級旋風器56清潔的空氣也具有額外的優點，這樣，夾帶的灰塵顆粒的量和平均尺寸比其他情況時更小。第二級旋風器68的分離效率比第一級旋風器56的分 離效率高得多，然而，一些小的顆粒將通過第二級旋風器68并到達靜電過濾器。靜電過濾 器1能去除穿過第一級旋風器56和第二級旋風器68之后仍留在空氣中的灰塵顆粒。盡管圖8a、8b、9、10a和IOb示出了電暈放電器件，但是沒有它靜電過濾器也能發 揮功能，因此電暈放電器件不是必須的。但是，電暈放電器件仍是期望的，因為其有助于提 高靜電過濾器的分離效率。在所示的所有實施例中，優選的是，所有電極是無孔的。然而，如果需要，只要第一 和第二電極無孔，可以使任何其他存在的電極有孔。
權利要求
一種靜電過濾器，包括位于第一電極和第二電極之間的過濾介質，使用期間所述第一和第二電極的每一個處于不同的電壓，使得跨越所述過濾介質形成電勢差，其中，所述過濾介質的特性沿該過濾介質的長度變化。
2.如權利要求1所述的靜電過濾器，其中，所述變化的特性是過濾介質的平均孔直徑、 每英寸孔數、電阻率和/或類型。
3.如權利要求1或2所示的靜電過濾器，其中，所述變化發生在單個過濾介質中。
4.如權利要求1或2所述的靜電過濾器，其中，多段過濾介質的集合到一起以形成所述 過濾介質。
5.如權利要求2到4中任一項所述的靜電過濾器，其中，所述每英寸孔數沿下游方向增加。
6.如權利要求2到5中任一項所述的靜電過濾器，其中，所述平均孔尺寸沿下游方向減
7.如權利要求2到6中任一項所述的靜電過濾器，其中，所述電阻率沿下游方向減小。
8.如前面任一項權利要求所述的靜電過濾器，其中，所述過濾介質包括開孔網狀泡沫 材料。
9.如前面任一項權利要求所述的靜電過濾器，其中，所述第一和第二電極基本是無孔的。
10.如權利要求9所述的靜電過濾器，其中，所述第一和第二電極沿它們的整個長度是 無孔的。
11.如前面任一項權利要求所述的靜電過濾器，其中，所述過濾介質與所述第一和/或第二電極接觸。
12.如前面任一項權利要求所述的靜電過濾器，其中，還包括至少一個電暈放電器件。
13.如前面任一項權利要求所述的靜電過濾器，其中，所述第一和/或第二電極由厚度 從0. Imm到4mm的導電金屬板或箔形成。
14.一種真空吸塵器，包括如前面任一項權利要求所述的靜電過濾器。
全文摘要
本發明涉及一種靜電過濾器。具體但非排它地，本發明涉及一種用于去除灰塵顆粒的靜電過濾器，例如用于真空吸塵器、風扇或空調中的靜電過濾器。該靜電過濾器包括位于第一和第二電極之間的過濾介質，使用期間每個電極處于不同電壓，使得跨越過濾介質形成電勢差，其中過濾介質的性能沿該過濾介質的長度變化。
文檔編號B03C3/155GK101961678SQ20101023991
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月26日 優先權日2009年7月24日
發明者盧卡斯·霍恩 申請人:戴森技術有限公司