改進的離子過濾空氣凈化器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于通過采用靜電離子吸引凈化空氣的離子過濾空氣凈化裝置。由風扇通過入口將具有懸浮顆粒的空氣吸入該裝置中。入口附近的電離源產生離子。電荷從離子轉移至懸浮顆粒。風扇將空氣和懸浮的帶電顆粒推向出口。位于出口附近的過濾器通過靜電吸引運行并從空氣中過濾帶電顆粒，從而允許以減小帶電顆粒排放水平的方式從該裝置釋放凈化的空氣。
【專利說明】改進的離子過濾空氣凈化器
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請主張2011年3月15日遞交的美國臨時申請No. 61/453,060的權益，通過 引用將其內容結合于此。
【技術領域】
[0003] 本發明總體涉及空氣凈化系統領域。更具體地，本發明涉及用于通過采用靜電離 子吸引凈化空氣的離子過濾裝置（"IFD")。
【背景技術】
[0004] 具有高濃度懸浮顆粒的空氣（以下，"臟空氣"）會對呼吸臟空氣的生命帶來健 康危害。臟空氣還會引起沉淀懸浮顆粒（如，灰塵）的較高的沉積速率，因此導致需要更頻 繁地清潔期望保持清潔的表面（如，家庭內的表面）。
[0005] 在農業中，在諸如家禽棚和密集生豬飼養棚之類的環境中發現高浮質濃度，并且 因此工人和動物的健康都處于危險中。
[0006] 在工業中，多種工藝，如焊接、研磨、熔煉和內燃機在密封空間中的使用都會在封 閉空間中產生高濃度懸浮顆粒。
[0007] 在社會和家庭環境中，懸浮顆粒通過吸煙產生。噴嚏會產生細菌和病菌的浮質。在 一年的多個時間里發現高濃度的過敏產生花粉。塵螨過敏顆粒在整理床時產生并作為懸浮 顆粒進入空氣中。
[0008] 常規空氣凈化器可以通過下述方式從空氣中去除顆粒：S卩，將顆粒捕獲在諸如過 濾空氣凈化器（FAC)的過濾器中，或者通過將顆粒收集在諸如靜電除塵空氣凈化器（ESP AC)的極板上。過濾器或極板隨后可以被丟棄、清洗或更換。
[0009] FAC裝置的缺點包括：由于顆粒阻塞過濾器，過濾器的效率隨著時間下降；需要風 扇的功率足夠大以克服局部阻塞的過濾器；與風扇相關的噪聲和功耗；以及對定期更換過 濾器的需求。
[0010] ESPAC裝置的缺點包括：高壓極板需要昂貴的屏蔽裝置；由高壓極板之間的電擊 穿和泄漏引起的效率損失和臭氧的產生；以及需要將高壓極板相對較遠地間隔開以減少高 壓極板之間的空氣中的電擊穿，因此增加尺寸和降低效率。
[0011] 靜電除塵空氣凈化器通過將帶電顆粒和離子吸引至帶有與帶電顆粒和離子的電 荷相反的電荷的收集板而工作。ESPAC裝置的變型例是用空氣通道更換高壓極板，且空氣通 道的至少一部分具有電勢、駐極體特性、靜電特性等。現有技術中已知的的這種裝置的示例 是授權給Griffiths等人的美國專利No. 6, 749, 669,該專利通過引用將其內容結合于此。
[0012] 然而，將被收集的顆粒和離子通常可能不處于帶電狀態，因此必須將電荷引到顆 粒和離子上以將所述顆粒和離子吸引至收集板。這種常規靜電空氣凈化器通過使用用于電 離氣體或空氣流的離子發生器在顆粒和離子離開凈化器時將電荷引至顆粒和離子上。離子 發生器可以包括初級電暈放電發射器和相對于初級發射器處于較低電勢的次級電暈放電 發射器。初級電暈放電發射器連接至高負電勢，而次級電暈放電發射器連接至電接地。初 級電暈放電發射器可以是具有尖銳的末端的針，次級電暈放電發射器可以是具有相對較鈍 的末端的針。
[0013] 由于離子發生器在顆粒和離子離開凈化器時將電荷施加在顆粒和離子上，如此帶 電的離子必須向后行進至常規靜電空氣凈化器的空氣入口以被收集起來。這帶來了現有技 術的缺點，因為如此電離的一些顆粒可能不會返回至空氣入口，并且確實返回至空氣入口 的顆粒可能會在返回之前失去其電荷中的一些或全部。除非靜電空氣凈化器在密閉空間中 運行，否則很少由帶有足夠多的電荷的離子可以返回至空氣入口。因此，存在對更有效的靜 電空氣凈化器的需求。
【發明內容】
[0014] 在本發明的一個方面中，公開了一種離子過濾裝置（IFD)。該IFD包括：殼體、定 位成在殼體內產生氣流的風扇、設置在殼體內的預濾器、在殼體內設置在預濾器下游的離 子發生器、和在殼體內設置在離子發生器下游的帶靜電的主過濾器。風扇優選設置在殼體 內。在一些實施例中，蜿蜒通路設置在離子發生器和主過濾器之間，并且氣流在通過主過濾 器之前通過蜿蜒通路。在其他實施例中，擋板設置在離子發生器和主過濾器之間，并且氣流 在通過主過濾器之前通過擋板。
[0015] 在本發明的另一個方面中，公開了一種用于過濾空氣的方法。使空氣通過設置在 殼體中的預濾器，以去除懸浮在空氣中的微粒的至少一部分。隨后使空氣經過設置在殼體 中的離子發生器，以電離懸浮在空氣中的微粒至少一部分。最后，在空氣離開殼體之前，使 電離微粒通過設置在殼體內的帶靜電的主過濾器。在一些實施例中，在使空氣經過離子發 生器之后且在通過帶靜電的主過濾器之前通過擋板。在其他實施例中，在使空氣經過離子 發生器之后且在通過帶靜電的主過濾器之前通過蜿蜒通路。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 當結合附圖進行理解時，將更好地理解本文中公開的多個方面和實施例，在附圖 中相同的附圖標記涉及相同的部件。為說明本申請的多個方面的目的，在附圖中示出了一 些優選。然而，應當理解，本申請不限于所示出的精確布置、結構、特征、實施例、方面和裝 置，并且所示出的布置、結構、特征、實施例、方面和裝置可以單獨地或與其它布置、結構、特 征、實施例、方面和裝置組合使用。附圖沒有必要按比例繪制，并且決不是意圖限制本發明 的范圍，而是僅僅被呈現以闡明本發明的圖示的實施例。在這些附圖中：
[0017] 圖1是如本領域已知的常規靜電空氣凈化設備的功能示意圖；
[0018] 圖2是根據本發明的一個實施例的靜電空氣凈化設備的功能示意圖；以及
[0019] 圖3是根據本發明的另一個實施例的靜電空氣凈化設備的功能示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 本發明的實施例總體涉及空氣凈化系統領域。更具體地，實施例涉及用于通過采 用靜電離子吸引凈化空氣的離子過濾裝置（"IFD")。
[0021] 參照圖1，圖示了常規IFD100的功能示意圖。在殼體111內，風扇104在IFD100 內產生氣流110,使得空氣通過入口 101被吸入IFD100中并首先通過預濾器102。預濾器 102去除大的灰塵顆粒和纖維。氣流110接下來通過主過濾器103,主過濾器103是帶靜電 的以吸引攜帶與主過濾器103的電荷相反的電荷的進入顆粒。當IFD100第一次接通時，希 望在IFD100運行的密閉空間中存在少或沒有這種帶電顆粒，因此，最初，主過濾器103在去 除帶電顆粒時將不是非常有效。
[0022] 接下來，風扇104推動氣流110經過離子發生器105,離子發生器105釋放帶電離 子（圖1未示出），帶電離子進入氣流110并通過出口 106離開IFD。從出口 106排出的空 氣可以沿大致任何方向分散，如由示例性方向107,108和109指示。當從出口 106排出的 空氣分散在IFD100周圍的整個空間中時，離子可以將電荷轉移至IFD100周圍的空間中的 懸浮顆粒。離子和/或帶電顆粒的一部分如沿著示例性路徑109最終回到入口 101。
[0023] 可以看到，至少由于下述原因，常規IFD100不是有效的。首先，主過濾器103在帶 電顆粒通過主過濾器103之前不是完全有效的。其次，由于對通過出口 106排出的空氣和 離子的方向沒有控制，因此僅一部分空氣和離子可以回到入口 101，并且從出口 106至入口 101的流動可能被IFD100外面的精綿和氣流完全阻擋。第三，帶電顆粒可能粘附到IFD100 周圍的空間中的其它表面，由此使顆粒不希望地積聚在不希望的位置處。第四，由于在電離 與顆粒通過這些離子進入入口 101之間存在明顯的時間延遲，因此靜電荷的強度會衰減， 從而導致主過濾器103的效率降低。
[0024] 圖2是根據本發明的一個實施例的改進的IFD200的功能示意圖。在該實施例中， 與常規IFD100相比的結構差異在于，帶有靜電以吸引攜帶與主過濾器203的電荷相反的電 荷的進入顆粒的主過濾器203位于離子發生器205的順風或下游的氣流210中。
[0025] 在IFD200的運行中，在殼體211內，風扇204在IFD200內產生氣流210,使得空氣 通過入口 201被吸入IFD200中并首先通過預濾器202。預濾器202去除大的灰塵顆粒和纖 維。氣流210接下來在產生離子（圖2中未示出）的離子發生器205附近經過。來自離子 的電荷隨后可以轉移至已經通過預濾器202的任何懸浮顆粒。
[0026] 接下來，風扇204推動氣流210經過主過濾器203,主過濾器203吸引攜帶與離子 的電荷相反的電荷的進入顆粒。最后，氣流210通過出口 206從IFD200離開。
[0027] 圖2的實施例可以具有比常規IFD的氣流110的內部路徑長的氣流210的內部路 徑。較長的內部路徑允許離子與空氣更有效地混合，并且為懸浮在氣流210中的任何顆粒 變為帶電提供更長的時間。氣流210的較長的路徑通過將主過濾器203移動至出口 206附 近并通過將離子發生器205放置在預濾器202緊后面而實現。這延長了氣流210在離子發 生器205和主過濾器203之間的路徑，從而允許空氣中的顆粒有更多的時間變為帶電，并因 此由主過濾器203從氣流210中更有效地去除懸浮顆粒。由主過濾器203凈化的空氣將以 相對不帶電的狀態離開改進的IFD200。
[0028] 改進的IFD200的運行至少由于下述原因而比常規IFD100更有效。首先，主過濾 器203更快速地完全有效，這是因為帶電顆粒在接通改進的IFD200之后幾乎立即開始通過 該IFD200。其次，通過離子發生器205帶電的大多數懸浮顆粒將可能通過主過濾器203,而 不管改進的IFD200外部的空氣流。第三，帶電顆粒不可能粘附到改進的IFD200外部的表 面。第四，帶電顆粒上的電荷在帶電顆粒被主過濾器203過濾之前存在小的衰減。
[0029] 這種設計的有效性可以通過下述方式被改善，即進一步延長空氣和發射電荷一起 在入口和出口之間的單元內的時間，從而最大化電荷混合并且因此最大化過濾器效率。這 可以通過進一步延長該路徑以延長電荷轉移可用的時間，并且特別是延長離子發生器205 和濾波器203之間的氣流路徑而實現。例如，如圖3所示，蛇形路徑208可以增加氣流210 的長度，且不會過度地增加改進的IFD200的外部尺寸。這種蛇形路徑208優選設置在離子 發生器205的下游，如在風扇204和主過濾器203之間，或者在離子發生器205和風扇204 之間。如圖2所示，擋板207等也可以被引入氣流210中，如在離子發生器205的下游和主 過濾器203的上游，以增加路徑長度，為更有效的混合提供更多的湍流，和/或使氣流210 緩慢以為混合提供更多的時間。
[0030] 雖然已經示出、描述和指出本發明的如應用其優選實施例的新穎的基本特征，但 將會理解，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下，可以由本領域技術人員進行所圖示的 裝置的形式和細節以及它們的操作中的各種省略、替換和改變。例如，特別地希望以基本上 相同的方式基本上執行相同的功能以實現相同的效果的這些元件和/或步驟的所有組合 在本發明的范圍內。元件從一個描述的實施例替換到另一個實施例也是完全可以預期和期 望的。還將理解的是，附圖沒有必要按比例繪制，而是它們本質上僅僅是概念上的。因此， 本發明僅如由附于此的權利要求的保護范圍那樣被限定。
[0031] 本領域技術人員將認識到，本發明具有多種應用，可以被以多種方式執行，同樣不 限于前述實施例和示例。本文中公開的不同實施例的任何數量的特征可以在一個單個實施 例中組合，特定元件的位置可以改變，具有比本文中描述的全部特征多或少的替換實施例 是可行的。功能也可以以現在已知的或將變為已知的方式全部或部分地分布在多個部件 中。
[0032] 本領域將會認識到，在不偏離上文描述的實施例的寬泛發明構思的情況下，可以 對上文描述的實施例進行改變。因此，所理解的是，本發明不限于所公開的特定實施例，而 是意圖涵蓋本發明的精神和范圍之內的修改。雖然已經示出和描述的本發明的如應用于其 示例性實施例的基本特征，但將會理解，在不偏離本發明的精神的情況下，可以由本領域技 術人員在所公開的發明的形式和細節方面進行省略和替換以及改變。而且，本發明的保護 范圍涵蓋如本領域將理解對本文中描述的部件的常規已知的、將來開發的變型和修改。
【權利要求】
1. 一種空氣過濾裝置，包括： 殼體； 定位成在殼體內產生氣流的風扇； 設置在殼體內的預濾器； 在殼體內設置在預濾器下游的離子發生器；和 在殼體內設置在離子發生器下游的帶靜電的主過濾器。
2. 根據權利要求1所述的空氣過濾裝置，其中，風扇設置在殼體內。
3. 根據權利要求1所述的空氣過濾裝置，其中，蜿蜒通路設置在離子發生器和主過濾 器之間，氣流通過所述蜿蜒通路。
4. 根據權利要求1所述的空氣過濾裝置，其中，擋板設置在離子發生器和主過濾器之 間，氣流通過所述擋板。
5. 根據權利要求1所述的空氣過濾裝置，其中，風扇設置在離子發生器和主過濾器之 間。
6. 根據權利要求1所述的空氣過濾裝置，其中，帶靜電的主過濾器包括至少一個帶電 收集板。
7. 根據權利要求1所述的空氣過濾裝置，其中，離子發生器包括初級電暈放電發射器 和次級電暈放電發射器。
8. -種用于過濾空氣的方法，包括下述步驟： 使空氣通過設置在殼體中的預濾器，以去除懸浮在空氣中的微粒的至少一部分，從而 產生預過濾空氣； 使預過濾空氣經過設置在殼體中的離子發生器，以電離懸浮在空氣中的微粒的至少一 部分，從而在預過濾空氣中產生電離微粒；以及 在預過濾空氣與電離微粒一起離開殼體之前，使電離微粒通過設置在殼體內的帶靜電 的主過濾器。
9. 根據權利要求8所述的方法，還包括以下步驟： 在使預過濾空氣經過離子發生器之后且在通過帶靜電的主過濾器之前通過擋板。
10. 根據權利要求8所述的方法，還包括以下步驟： 在使預過濾空氣經過離子發生器之后且在通過帶靜電的主過濾器之前通過蜿蜒通路。
【文檔編號】H01T23/00GK104106187SQ201280013222
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2012年3月14日 優先權日:2011年3月15日
【發明者】切瑞·萊特, 約翰·威爾科克斯 申請人:卡茲歐洲公司