專利名稱：用于凈化空氣的荷電流體液滴動態(tài)靜電過濾器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般說來，本發(fā)明與空氣凈化設(shè)備有關(guān)，尤其是噴射荷電流體液滴到“臟”空氣流類型的空氣凈化器。具體地講，本發(fā)明公開了一種空氣過濾器，該空氣過濾器將半導(dǎo)電的流體液滴荷電并將它們噴射到一個(gè)包含夾帶的灰塵微?？諝饬鞯那皇抑小Ｎ⒘１缓缮弦环N極性的電荷。流體液滴被荷上相反極性的電荷，因此，微粒被吸引到液滴上。液滴在一個(gè)收集面上聚集，然后經(jīng)再循環(huán)并再次用于收集其它灰塵微粒。
背景技術(shù)：
室內(nèi)空氣包括很多小微粒，當(dāng)它們被人吸入或接觸時(shí)，會產(chǎn)生有害的影響。單塵埃就包括引起人們免疫反應(yīng)的皮屑、塵螨糞便、寵物皮垢和其它微細(xì)(尺寸小于10微米)微粒。這可由塵螨糞來進(jìn)行說明，其包括各種絲氨酸和半胱氨酸蛋白酶，引起呼吸困難并且是造成很多敏感癥癥狀的原因。
雖然已經(jīng)采用過濾系統(tǒng)來減少存在于選定場所的小微粒數(shù)量，很多最常見的如尺寸在約0.1微米至約10微米范圍內(nèi)的刺激材料仍然存在。眾所周知，可有效去除在此尺寸范圍內(nèi)的微粒的過濾器，其氣孔孔口需要非常小，因此容易堵塞并產(chǎn)生很高的背壓，因此，需要大功率鼓風(fēng)機(jī)。而且，保持適當(dāng)?shù)目諝饬鹘?jīng)此類過濾器的能力需要大量的電能，成本高而且麻煩。
其它類型的凈化裝置，如離子和靜電裝置，利用微粒上的電荷將微粒吸引到一個(gè)特定的載有相反極性電荷的收集面上。此類裝置需要經(jīng)常清掃收集面并且在功效方面僅獲得有限的成功。
應(yīng)當(dāng)理解，由于沒有建于公共場所的復(fù)雜和高能耗的過濾系統(tǒng)那樣的有利條件，小微粒在居室中可聚集并且被住戶重新吸入。現(xiàn)有技術(shù)凈化系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是它們的尺寸和高電功率需求量，其影響運(yùn)行成本和體積相當(dāng)大的過濾裝置的美觀性。
對于專利文獻(xiàn)，美國專利4,095,962(Richards發(fā)明)公布了一種靜電滌氣器，其通過設(shè)置一個(gè)配置好的噴嘴以使噴嘴的頂端在該頂端上的流體的表面上方形成一個(gè)基本均勻的電場，來產(chǎn)生高荷電的流體液滴而不產(chǎn)生電暈的并發(fā)產(chǎn)物，并且這個(gè)電場大得足以從頂端扯下液滴但卻沒有大到產(chǎn)生電暈放電。廢氣中的選定氣體、固體物體和流體霧氣通過一個(gè)吸引高荷電液滴的靜電收集器被去除。液滴借助于電場產(chǎn)生移動，穿過廢氣到達(dá)集塵電極上，因此，吸引選定氣體和懸浮微粒，并載送它們到集塵電極。荷電液滴的液滴尺寸范圍為半徑30至800微米。氫氧化銨是其中一種被推薦的滌氣流體，在廢氣為二氧化硫時(shí)使用。
Richards的另一個(gè)美國專利6,156,098也公開了一種荷電液滴氣體洗滌器裝置，該裝置允許通過利用在荷電的流體液滴和在未荷電的顆粒中被感應(yīng)的電偶極之間的單極—偶極引力來進(jìn)行滌氣。液滴的產(chǎn)生和荷電產(chǎn)生一組“敷涂液膜電極”，其中液滴從液膜的邊緣被放射出去，并且這些液膜間隔置于導(dǎo)電的感應(yīng)電極間。這種構(gòu)造還防止在給流體液滴荷電時(shí)電暈放電。一旦液滴被荷上電，它們在微粒粒子中感應(yīng)一個(gè)電偶極力矩。液滴通過一個(gè)沖擊分離器被收集，流體然后被收集到一個(gè)儲液槽中并且通過一個(gè)過濾機(jī)過濾。在Richards的′098專利中，優(yōu)選流體為導(dǎo)電流體例如自來水，液滴的尺寸范圍為直徑25至250微米。這些液滴的最佳尺寸被規(guī)定為140微米。若流體是水，該系統(tǒng)可以是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，并且水不需要被再循環(huán)。也可以采用其它的流體，但是它們必須具有50microSiemens每厘米(其為5歐姆-1-米-1)的最小電導(dǎo)率。Richards的′098專利不利用在液滴上的電荷來“凈化”空氣中的臟微粒。相反，Richards的裝置僅僅嘗試從水流中產(chǎn)生水液滴，不必在那些液滴上保留電荷。
Richards的這兩個(gè)專利不是以寓所或辦公室空氣凈化系統(tǒng)為目標(biāo)，具體來說而是以洗滌廢氣，例如發(fā)電廠產(chǎn)生的那些廢氣為目標(biāo)。此外，Richards的專利采用導(dǎo)電流體，并且這種流體不必經(jīng)過再循環(huán)，尤其是使用水的時(shí)候，因?yàn)樗浅１阋?。Richards這兩個(gè)發(fā)明的另一個(gè)特征是水滴尺寸相當(dāng)大，而且在大多數(shù)情況下是以從相當(dāng)高溫的廢氣中去除相當(dāng)大的微粒為目標(biāo)。這么大的液滴對于去除粒徑相對小的顆粒物質(zhì)效果不會很好。
本領(lǐng)域的另一發(fā)明是Cohen的美國專利3,958,959，其公開了一種用尺寸在60至250微米之間的荷電液滴從氣流中去除微粒和流體的方法，其中，優(yōu)選尺寸為80至120微米之間。通過噴出穩(wěn)定的流體射流例如水來產(chǎn)生液滴，其中，流體射流通過在射流和滌氣器收集側(cè)壁之間施加一個(gè)電位被分成荷電液滴。當(dāng)液滴在兩個(gè)接地側(cè)壁極板之間被噴射時(shí)，臟輸入空氣以與流體液滴流方向成一夾角的方向流動，并且一旦被荷電，液滴就被吸引到側(cè)壁上。由于液滴以與氣流的運(yùn)動方向成一夾角的方向運(yùn)動，這就提高了液滴與微粒間的相對速度。當(dāng)液滴碰撞到接地側(cè)壁極板后，其流到側(cè)壁的底部并被收集在側(cè)壁下方的槽溝中，這種流體因此包含某些來自氣流的顆粒。所得到的漿液被再循環(huán)并且顆粒物質(zhì)通過一個(gè)介質(zhì)過濾器被去除。在這個(gè)發(fā)明中，“液滴漂移時(shí)間”通常少于25毫秒。
Cohen發(fā)明中的液滴由水組成，并且在某些情況下，可以有化學(xué)試劑添加到水中，這將與要被去除的氣體成分發(fā)生反應(yīng)。此類化學(xué)試劑的一個(gè)實(shí)施例是用于去除二氧化硫的氫氧化鈉。收集效率的實(shí)施例如

圖12所示，其顯示代表空氣量運(yùn)動的比收集面積曲線，其按平方英尺每cfm(立方英尺每分鐘)表示。該曲線生成于平均粒徑為1至10微米范圍內(nèi)，并且很顯然粒徑越小，總的收集效率越小。沒有一個(gè)曲線降低到0.3微米的粒徑，并且很明顯，保持效率在80％至90％以上要需要相當(dāng)大的比收集面積(并且這僅僅是外推這些曲線在所述專利文獻(xiàn)中沒有任何記載提到是否這些曲線實(shí)際上能被外推到較小的粒徑范圍內(nèi))。
本領(lǐng)域的另一個(gè)專利文獻(xiàn)是ACE實(shí)驗(yàn)室擁有的歐洲專利1 095 705 A2，其公開了一種空氣凈化裝置。該裝置通過電動液力霧化方法形成荷電的“超細(xì)流體液滴”，此該霧化方法將高電壓施加在在其頂端具有噴嘴的毛細(xì)管上，流體以超細(xì)流體液滴的形式從頂端被噴出。這些流體液滴“吸引”流經(jīng)管道的富含灰塵的空氣。事實(shí)上，荷電流體液滴將本身吸附到富含灰塵空氣中的微粒上，并且這些微粒馬上接受來自這些流體液滴的電荷?？諝饬鞅簧溥M(jìn)一個(gè)靜電集塵器(即，一個(gè)靜電沉淀器)，其具有交替荷電和接地的平行極板，從而形成一個(gè)具有與由流體液滴傳遞的電荷極性相反極性的電場。用水來作為示例性流體，因?yàn)樗粌H能載送電荷一段短距離，而且也能加濕未荷電的空氣。盡管該EPO文獻(xiàn)指出流體液滴吸引灰塵，但實(shí)際上情況正好相反超細(xì)流體液滴要比灰塵小得多，并且該發(fā)明的主要發(fā)明思路傳遞電荷給輸入空氣的灰塵微粒而不產(chǎn)生電暈效應(yīng)是一種聰明的方法。ACE實(shí)驗(yàn)室的專利(該歐洲專利)公開了一種可將水滴快速吸引到吸入的空氣中的灰塵微粒上、并且將電荷因此傳送到灰塵上的系統(tǒng)。因此，很短的馳豫時(shí)間可能會有用，并因而可用水作為流體介質(zhì)。此文獻(xiàn)指出小于0.1微米的“細(xì)塵”被“容易而有效地去除”，并且也指出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示該裝置可從空氣中去除約90％以上的灰塵。
整體住宅空氣凈化器要考慮的一個(gè)問題是，如果用水作為產(chǎn)生荷靜電的液滴的流體，必須記住，細(xì)菌可在水中生長。因此在再循環(huán)系統(tǒng)中采用水是不理想的。然而，水比較便宜，所以如果需要的話，空氣凈化器可構(gòu)造成用水來產(chǎn)生荷電液滴。在這種情況下，水在單通路系統(tǒng)中不進(jìn)行再循環(huán)。也必須記住，不管怎樣，水不容易保持電荷任何明顯的時(shí)限。因此，由于其相當(dāng)高的導(dǎo)電性，它具有很短的“馳豫時(shí)間”。導(dǎo)電性差的流體將具有較長的馳豫時(shí)間，因此能保持電荷更長的時(shí)限。這樣的“半導(dǎo)電”流體優(yōu)選地將具有行進(jìn)幾英寸或更遠(yuǎn)的能力，同時(shí)在液滴從噴嘴被噴射出時(shí)，保持被傳遞到其上的全靜電電荷，因此具有從噴嘴到集塵極板或容器的其總行程期間從通入的“臟”空氣中吸引微粒的能力。以下非常詳細(xì)的描述顯示，本發(fā)明利用了這個(gè)原理。
很多整體住宅空氣凈化器被構(gòu)造成靜電沉淀器，主要因?yàn)榇朔N空氣凈化器裝置具有相當(dāng)?shù)偷谋硥?即，壓力損失)特性。因此使一個(gè)爐子能夠經(jīng)過一個(gè)空氣凈化器吹出其所有的輸出空氣而不產(chǎn)生過高的壓力損失(其將另外需要一個(gè)大得多的電機(jī)和更多的電能消耗)。雖然靜電沉淀器非常普遍，它們的集塵效率技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還有許多待改進(jìn)之處。
目前現(xiàn)有的傳統(tǒng)靜電空氣凈化器，對0.3微米微粒的集塵效率典型地低于70％，和對于ASHRAE的“塵點(diǎn)試驗(yàn)”集塵效率典型地低于78％。此外，靜電過濾器需要保持清潔，這是一個(gè)常常被此類靜電過濾器的消費(fèi)者或使用者忽略的具有負(fù)面后果的關(guān)鍵特性。在標(biāo)準(zhǔn)靜電過濾器中，它們的金屬極板或纖維介質(zhì)容易在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)被灰塵所覆蓋，并且當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，靜電過濾器變得更加低效。此外，在具有相當(dāng)高密度這樣纖維的纖維靜電過濾器中，一旦這些纖維被灰塵所覆蓋，過濾器可完全地變成實(shí)際上的介質(zhì)過濾器(即，只依靠機(jī)械部件來防止給定尺寸的微粒從其滲透的過濾器，因此產(chǎn)生很大的背壓特性)。
靜電空氣凈化器的一個(gè)實(shí)施例為由Honeywell制造，型號為“F300E”的電子空氣凈化器，已經(jīng)在2000年公布了一個(gè)數(shù)據(jù)表。在這個(gè)數(shù)據(jù)表中，Honeywell指出F300E的“分級效率”在空氣流速為500英尺每分鐘(fpm)(152.4米/分鐘)時(shí)對0.3微米微粒為70％。
這個(gè)Honeywell文獻(xiàn)也有一個(gè)稱為圖1的圖，其顯示空氣凈化器在不同的氣流速率下的效率和壓力損失。該圖1顯示基于利用ASHRAE(美國保溫、制冷和空調(diào)工程協(xié)會)標(biāo)準(zhǔn)52.1-92的國家標(biāo)準(zhǔn)局“初始塵點(diǎn)法”的效率額定值。當(dāng)分析在此圖表上最大過濾器的氣流速率時(shí)，過濾器尺寸為為20英寸(50.8厘米)×25英寸(63.5厘米)，氣流速率為500fpm，或?yàn)?736cfm(立方英尺每分鐘)。在這個(gè)氣流速率下，空氣凈化效率約為84％，壓力損失約為0.11英寸(0.28厘米)水柱。這將提供一個(gè)壓力調(diào)節(jié)效率(PAE)，其為此發(fā)明的發(fā)明者創(chuàng)造的空氣過濾器的新穎特性，其中PAE等于凈化效率除以壓力損失—值為764(即，84除以0.11)。
必須注意的是，以上塵點(diǎn)方法被稱作“初始”塵點(diǎn)法。這一點(diǎn)對于靜電空氣凈化器尤其重要，因?yàn)橐坏┛諝鈨艋_始積聚灰塵，它們的效率下降很快。以下將進(jìn)行更詳細(xì)的討論。
1999年，Carrier公司公布了現(xiàn)有技術(shù)靜電空氣凈化器的另一種產(chǎn)品目錄，為其所賣的型號系列“AIRA”中尺寸為012、014和020的電子空氣凈化器。在該目錄中，最大的過濾器元件為24×20過濾器，型號為AIRAAXCC0020。采用ASHRAE塵點(diǎn)試驗(yàn)，這種過濾器在500英尺每分鐘空氣流速下的“性能表”顯示，在背壓為約0.07英寸(0.18厘米)水柱時(shí)，空氣凈化效率約為79％，這將提供約1128的PAE值。這個(gè)很低的背壓指標(biāo)顯然不包括任何導(dǎo)管或?qū)⒖諝庖氲皆旧砗蛷脑旧韼ё呖諝獾倪M(jìn)氣口和出氣口的距離的幾何構(gòu)造形式的壓力損失。
正如從以上資料所見到的，尤其是在Honeywell F300E空氣凈化器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上的資料，利用ASHRAE塵點(diǎn)法比采用包含單一粒徑如0.3微米微粒的空氣流更容易獲得較高的凈化效率。這主要是由于兩個(gè)原因在第一種情況下，ASHRAE塵點(diǎn)試驗(yàn)包括多個(gè)尺寸的微粒，很多粒徑大于0.3微米；第二個(gè)原因是ASHRAE塵點(diǎn)試驗(yàn)利用通常容易聚在一起的微粒，所以有效粒徑比單一粒徑更大。
辦公室或居室的房間常用的一種介質(zhì)空氣過濾器類型是HEPA過濾器，其規(guī)定為對于去除直徑0.3微米或以上的微粒具有99.97％的凈化效率。正如在EPA對于HEPA和ULPA織物過濾器名為“EPA-CICA Fact Sheet”的出版物中所提到的，這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)技術(shù)規(guī)格。HEPA過濾器典型地可使相當(dāng)大的每單位體積表面積的空氣流過其產(chǎn)生凈化。否則壓力損失(或背壓)將會很高，并因此需要很大的馬達(dá)來運(yùn)轉(zhuǎn)。對于“清潔的”過濾器典型的壓力損失為約1英寸(2.54厘米)水柱。當(dāng)過濾器投入使用并開始積聚灰塵或臟微粒時(shí)，壓力損失將會增加，并且當(dāng)其達(dá)到2(5.08厘米)至4(10.16厘米)英寸水柱之間時(shí)，就典型地表示該過濾器有效壽命的終結(jié)。某些HEPA過濾器在它們是“清潔的”時(shí)候具有較低的壓力損失范圍，為0.25至0.5英寸(0.63厘米至1.27厘米)水柱。
典型地，在等于四(4)英寸(10.16厘米)水柱下運(yùn)行HEPA過濾器，較高的運(yùn)行壓力可能使過濾器破裂。HEPA過濾器常常用于凈化單個(gè)房間的空氣，但不常用作“整體住宅”空氣凈化系統(tǒng)。這種情況的主要原因是對于一個(gè)適當(dāng)尺寸的HEPA過濾器來說，流經(jīng)一個(gè)典型的住宅里面的一個(gè)典型的爐子或一個(gè)空調(diào)的空氣遠(yuǎn)遠(yuǎn)太大了。換言之，HEPA過濾器將不得不造得很大來處理流經(jīng)住宅里面的典型的爐子和空調(diào)的巨大風(fēng)量。
英國的一個(gè)名為Airclean的公司互聯(lián)網(wǎng)站點(diǎn)上提供了對于HEPA過濾器的運(yùn)轉(zhuǎn)特性的一個(gè)實(shí)施例，其有一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)站點(diǎn)域名airclean.co.uk。按照該站點(diǎn)提供的表格，介質(zhì)尺寸為24英寸×24英寸(60.96厘米×60.96厘米)的HEPA過濾器在空氣流速為60fpm(英尺每分鐘)時(shí)將有約0.803英寸(2.039厘米)水柱的壓力損失(200Pa)。對于該HEPA過濾器，PAE特性值將為約124.5(99.97％÷0.803英寸(2.039厘米)水柱)。
HEPA型過濾器也被用于核環(huán)境，盡管此類環(huán)境典型地需要非常大的空氣凈化效率指標(biāo)。因此，貫穿此類過濾器介質(zhì)的空氣流通常要慢得多，并且典型的指標(biāo)是5fpm(英尺每分鐘)的空氣流速?！暗?6屆美國能源部核空氣凈化會議，第十場”在摘錄中提供了一份相當(dāng)詳細(xì)地描述此類過濾器的論文。在這份報(bào)告的第673頁，各種在5fpm介質(zhì)速度運(yùn)行的核HEPA過濾器顯示具有在0.92英寸(2.34厘米)和1.27英寸(3.23厘米)水柱之間的初壓力損失。該過濾器當(dāng)“終”壓力損失升高到3英寸(7.62厘米)水柱時(shí)，被認(rèn)為達(dá)到了其使用壽命的盡頭。由于它們不得不處理非常大的氣體體積(即，對于整個(gè)核工廠辦公室設(shè)施)，這樣的核裝置具有能完全充滿一個(gè)大房間的介質(zhì)過濾器。因此，此類過濾器被認(rèn)為不能用于寓所或標(biāo)準(zhǔn)辦公建筑。
核空氣凈化會議摘錄中第680頁的表完全顯示了關(guān)于HEPA過濾器的壽命、以及其壓力損失特性隨時(shí)間變化而變化的情況。例如，過濾器之一在兩個(gè)月內(nèi)壓力損失變化為從1.04英寸到1.37英寸(2.64厘米到3.48厘米)水柱，其在兩個(gè)月內(nèi)變化了約32％。兩個(gè)其它的過濾器顯示，運(yùn)行時(shí)間超過四個(gè)月后，它們的壓力損失特性從1.1英寸至1.5英寸(2.79厘米至3.81厘米)水柱，在四個(gè)月的時(shí)間跨度內(nèi)，背壓特性改變了約36％。對于這種類型的過濾器，每月幾乎增加9％的背壓。預(yù)計(jì)其它類型的HEPA過濾器可相應(yīng)地增加，ULPA過濾器也一樣。
HEPA過濾器需要一定電量用于風(fēng)扇來將空氣吹過介質(zhì)型過濾器。此風(fēng)扇典型地需要電動馬達(dá)，電動馬達(dá)需要約瓦特至1瓦特每cfm(立方英尺每分鐘)的風(fēng)扇和空氣量運(yùn)動負(fù)載。當(dāng)用作房間空氣凈化器時(shí)，對于一個(gè)面積約20英尺×20英尺(6.1米×6.1米)的房間，一個(gè)典型的HEPA過濾器將循環(huán)大約350cfm的空氣量。對于這樣一個(gè)HEPA室內(nèi)空氣凈化器的電動力要求在180至200瓦特范圍內(nèi)。
用HEPA過濾器作為“房間”過濾器的一些缺點(diǎn)如下HEPA過濾器產(chǎn)生噪聲、運(yùn)行需要大的背壓和允許細(xì)菌設(shè)法進(jìn)入過濾器中并留在那里。在過濾器介質(zhì)中宿有細(xì)菌的場合中，當(dāng)變動過濾器時(shí)，細(xì)菌可被釋放到空氣中。此類過濾器常被用于空氣需要再循環(huán)的狹窄的系統(tǒng)中，如在噴氣飛機(jī)中。細(xì)菌將被不斷地再循環(huán)或者將被捕集在過濾器介質(zhì)中；然而，當(dāng)過濾器被變動或“被清潔”時(shí)，它們?nèi)匀荒鼙会尫诺娇諝庵小?br> 可被討論的另一個(gè)特性是過濾器的“滲透性”，其表示過濾器介質(zhì)的“孔隙”的百分?jǐn)?shù)除以體積的百分?jǐn)?shù)。對于HEPA過濾器，滲透性典型地小于1％。這意味著與能夠穿過過濾器介質(zhì)不產(chǎn)生某些類型的碰撞相比，空氣分子極可能“撞”進(jìn)過濾器介質(zhì)中，因此產(chǎn)生明顯的背壓。在本發(fā)明中，過濾器的滲透性大得多。HEPA過濾器的背壓特性的一個(gè)后果是風(fēng)扇產(chǎn)生了相當(dāng)大的噪音水平，對于一個(gè)20英尺×20英尺(6.1米×6.1米的室內(nèi)空氣凈化器，可高達(dá)70分貝。
因此，希望開發(fā)一種凈化空氣的裝置和方法，使其能夠以可適應(yīng)的、非妨礙的和與工作環(huán)境相容的方式去除規(guī)定尺寸的微粒(約0.1微米至約10微米)。也希望確定一種可供凈化空氣的裝置和方法使用的流體以及其必不可少的屬性，使其滿足用作噴霧所需要的電和噴霧性要求。還希望提供一種動態(tài)靜電空氣凈化裝置，改進(jìn)其背壓和空氣凈化特性，使其優(yōu)于HEPA過濾器和靜電沉淀器二者的指標(biāo)。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它提供一種動態(tài)靜電空氣凈化裝置。當(dāng)空氣以有效的速率從其中流過來凈化整體住宅、或者只是一個(gè)單人房間時(shí)，其顯示具有相當(dāng)高的空氣凈化效率，同時(shí)也顯示具有相當(dāng)?shù)偷谋硥骸?br> 本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它提供一種動態(tài)靜電空氣凈化裝置。其經(jīng)過相當(dāng)長時(shí)限的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不用清洗或更換該裝置的主要部件，顯示具有相當(dāng)高的空氣凈化效率同時(shí)也顯示具有相當(dāng)?shù)偷谋硥骸?br> 本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它提供一種可與傳統(tǒng)的靜電沉淀器相媲美的動態(tài)靜電空氣凈化裝置。當(dāng)輸入空氣中的微粒尺寸大致為0.3微米時(shí)，在大致2.54米每秒(500fmp)空氣流速下，在小于0.2英寸(0.508厘米)水柱的背壓下顯示具有大于70％的空氣凈化效率。
本發(fā)明仍然還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它提供一種可與傳統(tǒng)的靜電沉淀器相媲美的動態(tài)靜電空氣凈化裝置。當(dāng)輸入空氣中的微粒與ASHRAE塵點(diǎn)試驗(yàn)相應(yīng)時(shí)，在大致2.54米每秒(500fmp)空氣流速下，在小于0.1英寸(0.25厘米)水柱的背壓下顯示具有大于85％的空氣凈化效率。
本發(fā)明仍然還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它提供一種可與傳統(tǒng)的HEPA過濾器相媲美的動態(tài)靜電空氣凈化裝置。當(dāng)輸入空氣中的微粒尺寸大致為0.3微米時(shí)，在大致0.4572米每秒(90fpm)空氣流速下，在小于0.8英寸(2.03厘米)水柱的背壓下顯示具有大致99.97％的空氣凈化效率。
本發(fā)明還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它提供一種靜電空氣凈化裝置。其從密閉空間快速凈化空氣，通過利用荷靜電的固體珠?；蚱渌螤畹奈⒘?物體，吸引在輸入空氣中夾帶的亞微米微粒，包括生物危害性材料，輸入空氣的溫度和濕度基本不變；在該裝置中，固體珠粒不被再循環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，它公開了一種用于從空氣中去除微粒的裝置，其包括至少一個(gè)接受空氣流的進(jìn)氣口；一個(gè)與進(jìn)氣口進(jìn)行流(即，流體)交換的第一腔室，其中，具有第一極性的半導(dǎo)電的噴霧液滴的荷電噴霧被引入到通過其的空氣流中，以便微粒被靜電吸引到噴霧液滴并被保持在其上；和一個(gè)同第一腔室保持流體相通的出氣口，其中空氣流排出該裝置后，基本上不含微粒。該裝置的第一腔室還包括一個(gè)用于吸引噴霧液滴的收集面、一個(gè)電源和一個(gè)連到電源上的用來接受流體、從其中產(chǎn)生噴霧液滴及給該噴霧液滴荷電的噴霧嘴。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，該裝置也可包括一個(gè)與在第一末端的進(jìn)氣口和在第二末端的第一腔室保持流體相通的第二腔室，其中在空氣流中夾帶的微粒被荷上與先前進(jìn)入第一腔室的空氣流第一極性相反的第二極性電荷。該裝置的第二腔室還包括一個(gè)電源，至少一個(gè)連到電源上用于在該第二腔室產(chǎn)生電場的電荷傳送元件，和一個(gè)與第二腔室相連用于限定和控制電場的接地元件，其中空氣流在電荷傳送元件和接地元件之間經(jīng)過。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，該裝置還包括一個(gè)同第一腔室保持流體相通的流體再循環(huán)系統(tǒng)，其用于從收集面提供流體給噴霧嘴。流體再循環(huán)系統(tǒng)包括一個(gè)同收集面保持流體相通的器件，一個(gè)同該器件保持流體相通的容器，和一個(gè)用于將流體供給噴霧嘴的泵。該流體再循環(huán)系統(tǒng)也可包括一個(gè)位于收集面和泵之間用于從流體中去除微粒的過濾器，以及一個(gè)用于監(jiān)測被泵入噴霧嘴前的流體質(zhì)量的器件。可以利用一個(gè)可更換的盒體來覆蓋容器，該盒體包括一個(gè)與在第一末端的第一腔室收集面和在第二末端的容器進(jìn)行流體交換的入口，和一個(gè)與在第一末端的容器和在第二末端的泵進(jìn)行流體交換的出氣口。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，它公開了一種從空氣中去除微粒的裝置，其包括至少一個(gè)具有一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口的限定通路。其中，每個(gè)進(jìn)氣口接受一個(gè)空氣流和該空氣流在每個(gè)出氣口排出通路，和一個(gè)位于每個(gè)進(jìn)氣口和每個(gè)出氣口之間的第一區(qū)域。在此處，具有第一極性的半導(dǎo)電流體液滴荷電噴霧被引入到通路內(nèi)以使在空氣流中夾帶的微粒被靜電吸引到噴霧液滴上并被保留在其上。該裝置還包括一個(gè)與通路第一區(qū)域相連接用于吸引噴霧液滴的收集面，以及一個(gè)與其相連的在通路的第一區(qū)域內(nèi)用于接受流體、產(chǎn)生噴霧液滴和給噴霧液滴荷電的噴霧嘴。該裝置也可以包括一個(gè)位于進(jìn)氣口和第一區(qū)域之間的第二區(qū)域，其中在空氣中夾帶的微粒被荷上與第一極性相反的第二極性電荷。該第二區(qū)域包括至少一個(gè)與其相連的用于在通路的第二區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電場的電荷傳送元件，以及一個(gè)與其相連的用于限定和控制在該通路的第二區(qū)域內(nèi)電場的接地元件。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，它公開了一種從空氣中去除微粒的方法。其包括以下步驟將夾帶微粒的空氣流引入到一個(gè)限定區(qū)域中；將具有第一極性的半導(dǎo)電流體液滴的帶電噴霧供給該限定區(qū)域，其中微粒被靜電吸引到噴霧液滴上并被保留在其上；和將噴霧液滴吸引到一個(gè)收集面上。該方法還包括從流體中形成噴霧液滴和使該噴霧液滴荷電的步驟。該方法優(yōu)選地包括提供與第一極性相反的第二極性電荷給在空氣流中的微粒的步驟。該方法還包括以下的一個(gè)或多個(gè)步驟從空氣流中過濾出尺寸大于規(guī)定尺寸的微粒；監(jiān)測空氣流的質(zhì)量；從噴霧液滴中過濾出微粒；將噴霧液滴收集到流體的聚集體中；再循環(huán)流體聚集體供噴霧之用和監(jiān)測再循環(huán)流體形成噴霧前的質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，它公開了一個(gè)供空氣凈化裝置使用的盒體。其包括一個(gè)有一個(gè)入口和一個(gè)出口的外殼和一個(gè)用于容納與在第一末端的入口和在第二末端的出口保持流體相通的流體聚集體的容器，其中半導(dǎo)電流體液滴的荷電噴霧被引入到空氣流中并被收集起來以便形成流體聚集體。該盒體也可包括一個(gè)位于入口和容器之間的過濾器，以及一個(gè)位于容器和出口之間的泵。該盒體被配置成入口是與收集的流體聚集體保持流體相通和出口是與在空氣凈化裝置中形成流體液滴的一個(gè)器件保持流體相通的形式。該盒體外殼可起到空氣凈化裝置的收集面的作用并包括一個(gè)與其相連的噴霧嘴。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，公開了一種用作空氣凈化裝置中噴霧的流體，其中在進(jìn)入空氣凈化裝置的空氣流中的微粒被靜電吸引到噴霧的液滴上。該流體具有在規(guī)定范圍內(nèi)根據(jù)指定的算法實(shí)現(xiàn)噴霧性因子的物理特性，其中，噴霧性因子是流體的某些物理特性的函數(shù)，其與能被形成的噴霧液滴尺寸和噴霧的覆蓋范圍及效率有關(guān)。這樣的流體物理特性包括流動速率、密度、電阻率、表面張力、介電常數(shù)和粘度。噴霧性因子也可以是在被引入流體的空氣凈化裝置中形成的電場的函數(shù)。優(yōu)選流體地為半導(dǎo)電的、非水的、惰性的、非揮發(fā)性的和無毒的。
本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)和其它的新奇穎特征將部分地在下面的說明書中闡述，和部分地通過下列分析或通過本發(fā)明的實(shí)施來學(xué)習(xí)，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得顯而易見。除非另外指明，本文中所述的所有百分?jǐn)?shù)、比率和比例均按重量計(jì)。除非另外指明，本文所述的溫度均以攝氏度(℃)計(jì)。所有引用的文獻(xiàn)均作為參考而引入相應(yīng)的部分中。
要獲得前述的和其它的優(yōu)點(diǎn)，并依照本發(fā)明的一個(gè)方面，它提供了一種空氣凈化裝置，其包括一個(gè)流進(jìn)輸入空氣流的腔室，輸入空氣中包含有多個(gè)微粒，該輸入空氣在該腔室內(nèi)經(jīng)凈化后成為輸出空氣流；至少一個(gè)流體經(jīng)其被噴進(jìn)該腔室的噴嘴，流體在噴出此至少一個(gè)噴嘴時(shí)被荷上靜電，流體被分離成多個(gè)液滴；和該腔室被設(shè)置成引起輸入空氣流和荷電流體液滴在混合空間混合，其中多個(gè)微粒被吸引到荷電流體液滴上，因此從輸入空氣中去除多個(gè)微粒的一部分，其因此成為輸出空氣流；其中，當(dāng)輸入空氣流以大致2.54米每秒(500fpm)的空氣流速流經(jīng)腔室的混合空間時(shí)，尺寸大致為0.3微米的多個(gè)微粒從輸入空氣中被凈化，其凈化效率大于70％，背壓小于0.2英寸(0.51厘米)水柱，并且基本上不會改變輸入空氣的溫度和濕度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，它提供了一種空氣凈化裝置，其包括一個(gè)流進(jìn)輸入空氣流的腔室，輸入空氣中包含有多個(gè)微粒，該輸入空氣在該腔室內(nèi)經(jīng)凈化后成為輸出空氣流，至少一個(gè)流體經(jīng)其被噴進(jìn)該腔室的噴嘴，流體在噴出該至少一個(gè)噴嘴時(shí)被荷上靜電，流體被分離成多個(gè)液滴；和該腔室被設(shè)置以使輸入空氣流和荷電流體液滴在混合空間混合，其中多個(gè)微粒被吸引到荷電流體液滴上，因此從輸入空氣中去除多個(gè)微粒的一部分，其因此成為輸出空氣流；其中，當(dāng)輸入空氣流以大致2.54米每秒(500fpm)的空氣流速流經(jīng)腔室的混合空間時(shí)，依照ASHRAE塵點(diǎn)試驗(yàn)的多個(gè)微粒從輸入空氣中被凈化，其凈化效率大于85％，背壓小于0.1英寸(0.25厘米)水柱，并且基本上不會改變輸入空氣的溫度和濕度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，它提供了一種空氣凈化裝置，其包括一個(gè)流進(jìn)輸入空氣流的腔室，輸入空氣中包含有多個(gè)微粒，該輸入空氣在該腔室內(nèi)經(jīng)凈化后成為輸出空氣流；至少一個(gè)流體經(jīng)其被噴進(jìn)該腔室的噴嘴，流體在噴出該至少一個(gè)噴嘴時(shí)被荷上靜電，流體被分離成多個(gè)液滴；和該腔室被設(shè)置成引起輸入空氣流和荷電流體液滴在混合空間混合，其中多個(gè)微粒被吸引到荷電流體液滴上，因此從輸入空氣中去除多個(gè)微粒的一部分，其因此成為輸出空氣流；其中，當(dāng)輸入空氣流以大致0.4572米每秒(90fpm)的空氣流速流經(jīng)腔室的混合空間時(shí)，尺寸大致為0.3微米的多個(gè)微粒從輸入空氣中被凈化，其凈化效率大于99.97％，背壓小于0.8英寸(2.03厘米)水柱，并且基本上不會改變輸入空氣的溫度和濕度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，它提供了一種單通路空氣凈化裝置，其包括一個(gè)流進(jìn)輸入空氣流的腔室，輸入空氣中包含有多個(gè)微粒，該輸入空氣在該腔室內(nèi)經(jīng)凈化后成為輸出空氣流；至少一個(gè)多個(gè)小固體物體經(jīng)其被噴進(jìn)該腔室的噴嘴，小固體物體被荷上靜電；和該腔室被設(shè)置成引起輸入空氣流和荷電固體物體在混合空間混合，其中多個(gè)微粒被吸引到荷電固體物體上，因此從輸入空氣中去除多個(gè)微粒的一部分，其因此成為輸出空氣流；其中，當(dāng)輸入空氣流流經(jīng)腔室的混合空間時(shí)，顯示具有亞微米尺寸微粒的很大一部分從輸入空氣中被凈化，輸入空氣的溫度和濕度基本不變，并且其中固體物體不進(jìn)行再循環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，它提供了一種空氣凈化裝置，其包括一個(gè)流進(jìn)輸入空氣流的腔室，輸入空氣中包含有多個(gè)微粒，該輸入空氣在該腔室內(nèi)經(jīng)凈化后成為輸出空氣流；至少一個(gè)流體經(jīng)其被噴進(jìn)該腔室的噴嘴，流體在噴出該至少一個(gè)噴嘴時(shí)被荷上靜電，流體被分離成多個(gè)液滴；和該腔室被設(shè)置成引起輸入空氣流和荷電流體液滴在混合空間混合，其中多個(gè)微粒被吸引到荷電流體液滴上，因此從輸入空氣中去除多個(gè)微粒的一部分，其因此成為輸出空氣流；其中，當(dāng)輸入空氣流流經(jīng)腔室的混合空間時(shí)，多個(gè)微粒從輸入空氣中在壓力調(diào)節(jié)效率(PAE)下被凈化，壓力調(diào)節(jié)效率代表凈化效率的百分?jǐn)?shù)除以背壓，在空氣凈化裝置被連續(xù)使用兩個(gè)月后，偏離不超過25％。
要獲得前述的和其它的優(yōu)點(diǎn)，并依照本發(fā)明的一個(gè)方面，它提供了一種空氣凈化裝置，其包括一個(gè)流進(jìn)輸入空氣流的腔室，輸入空氣中包含有多個(gè)微粒，該輸入空氣在該腔室內(nèi)經(jīng)凈化后成為輸出空氣流；至少一個(gè)流體經(jīng)其被噴進(jìn)該腔室的噴嘴，流體在噴出該至少一個(gè)噴嘴時(shí)被荷上靜電，流體被分離成多個(gè)液滴；和該腔室被設(shè)置成引起輸入空氣流和荷電流體液滴在混合空間混合，其中多個(gè)微粒被吸引到荷電流體液滴上，因此從輸入空氣中去除多個(gè)微粒的一部分，其因此成為輸出空氣流；其中，當(dāng)輸入空氣流以大致2.54米每秒(500fpm)的空氣流速流經(jīng)腔室的混合空間時(shí)，尺寸大致為0.3微米的多個(gè)微粒從輸入空氣中被凈化，其凈化效率大于70％，背壓小于0.2英寸(0.5厘米)水柱，并且基本上不會改變輸入空氣的溫度和濕度。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，它提供了一種空氣凈化裝置，其包括一個(gè)流進(jìn)輸入空氣流的腔室，輸入空氣中包含有多個(gè)微粒，該輸入空氣在該腔室內(nèi)經(jīng)凈化后成為輸出空氣流，至少一個(gè)噴嘴，經(jīng)其流體被噴進(jìn)該腔室、流體被荷上靜電、流體被分離成多個(gè)液滴；和該腔室被設(shè)置成引起輸入空氣流和荷電流體液滴在混合空間混合，其中多個(gè)微粒被吸引到荷電流體液滴上，因此從輸入空氣中去除多個(gè)微粒的一部分，其因此成為輸出空氣流；其中，當(dāng)輸入空氣流以大致2.54米每秒(500fpm)的空氣流速流經(jīng)腔室的混合空間時(shí)，依照ASHRAE塵點(diǎn)試驗(yàn)的多個(gè)微粒從輸入空氣中被凈化，其凈化效率大于85％，背壓小于0.1英寸(0.25厘米)水柱，并且基本上不改變輸入空氣的溫度和濕度。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，它提供了一種空氣凈化裝置，其包括一個(gè)腔室，輸入空氣流流進(jìn)其內(nèi)，輸入空氣中包含有多個(gè)微粒，該輸入空氣在該腔室內(nèi)經(jīng)凈化后成為輸出空氣流；至少一個(gè)噴嘴，經(jīng)其流體被噴進(jìn)該腔室、流體被荷上靜電、流體被分離成多個(gè)液滴；和該腔室被設(shè)置成引起輸入空氣流和荷電流體液滴在混合空間混合，其中多個(gè)微粒被吸引到荷電流體液滴上，因此從輸入空氣中去除多個(gè)微粒的一部分，其因此成為輸出空氣流；其中，當(dāng)輸入空氣流以大致0.4572米每秒(90fpm)的空氣流速流經(jīng)腔室的混合空間時(shí)，尺寸大致為0.3微米的多個(gè)微粒從輸入空氣中被凈化，其凈化效率大于99.97％，背壓小于0.8英寸(2.03厘米)水柱，并且基本上不會改變輸入空氣的溫度和濕度。
仍然根據(jù)本發(fā)明的又一方面，它提供了一種單通路空氣凈化裝置，其包括一個(gè)流進(jìn)輸入空氣流的腔室，輸入空氣中包含有多個(gè)微粒，該輸入空氣在該腔室內(nèi)經(jīng)凈化后成為輸出空氣流；至少一個(gè)多個(gè)小固體物體經(jīng)其被噴進(jìn)該腔室的噴嘴，小固體物體被荷上靜電；和該腔室被設(shè)置成引起輸入空氣流和荷電固體物體在混合空間混合，其中多個(gè)微粒被吸引到荷電固體物體上，因此從輸入空氣中去除多個(gè)微粒的一部分，其因此成為輸出空氣流；其中，當(dāng)輸入空氣流流經(jīng)腔室的混合空間時(shí)，顯示具有亞微米尺寸微粒的很大一部分從輸入空氣中被凈化，并且基本上不會改變輸入空氣的溫度和濕度，并且其中固態(tài)顆粒不進(jìn)行再循環(huán)。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，通過閱讀下列說明書和附圖，本發(fā)明仍具有的其他優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。其中，所述說明書和附圖描述和顯示是在實(shí)施本發(fā)明最好的模式之一時(shí)的本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案。正如將會認(rèn)識到的，本發(fā)明也具有其它不背離本發(fā)明的不同的實(shí)施方案，并且可在明顯不同的方面修改其個(gè)別細(xì)節(jié)。因此，附圖和說明書本身只是說明性的而不具有限定性。
附圖簡述引入和形成說明書一部分的附示說明了本發(fā)明的幾個(gè)方面，并且和說明書和權(quán)利要求一起用來解釋本發(fā)明的原理。在這些圖中圖1是本發(fā)明中空氣凈化系統(tǒng)的第一實(shí)施方案的示意性視圖，其空氣流進(jìn)入系統(tǒng)的方向正交于流體噴霧的方向；圖2是本發(fā)明中空氣凈化系統(tǒng)的第二實(shí)施方案的示意性視圖，其空氣流進(jìn)入系統(tǒng)的方向基本上與流體噴霧的方向相同；圖3是本發(fā)明中空氣凈化系統(tǒng)的第三實(shí)施方案的示意性視圖，其空氣流進(jìn)入系統(tǒng)的方向基本上與流體噴霧的方向相反；圖4是在限定通路內(nèi)如圖1所示空氣凈化系統(tǒng)的示意性視圖；圖5如圖4所示一次性盒體的局部橫截面的橫截面視圖；圖6A是在如圖1、4和5所示的空氣凈化裝置的第一腔室或區(qū)域內(nèi)采用一個(gè)軸對稱噴霧嘴的示例性收集器件的頂視圖；圖6B是如圖6A所示收集器件的橫截面?zhèn)纫晥D；圖7A是在如圖1、4和5所示的空氣凈化裝置的第一腔室或區(qū)域內(nèi)采用一個(gè)軸對稱噴霧嘴的示例性收集器件的頂視圖；圖7B是如圖7A所示收集器件的橫截面?zhèn)纫晥D；圖8A是在如圖2和3所示的空氣凈化裝置的第一腔室或區(qū)域內(nèi)采用一個(gè)軸對稱噴霧嘴的示例性收集器件的頂視圖；圖8B是如圖8A所示收集器件的橫截面?zhèn)纫晥D；圖9A是在如圖2和3所示的空氣凈化裝置的第一腔室或區(qū)域內(nèi)采用一個(gè)軸對稱噴霧嘴的示例性收集器件的頂視圖；圖9B是如圖9A所示收集器件的橫截面?zhèn)纫晥D；圖10是噴霧嘴的示例性多噴嘴結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，該噴霧嘴可被用在如圖1至4所示的空氣凈化系統(tǒng)的第一腔室中；圖11A至11H是用于如圖10所示的多噴嘴結(jié)構(gòu)的示例性管模式的示意性視圖；圖12是用在空氣凈化系統(tǒng)的第一腔室中的第一噴霧嘴結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D，該空氣凈化系統(tǒng)包括與充電管保持流體相通的空氣輔助通路；圖13是用在空氣凈化系統(tǒng)的第一腔室中的第二噴霧嘴結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，該空氣凈化系統(tǒng)包括一個(gè)圍繞充電管的空氣輔助通路；圖14是用在空氣凈化系統(tǒng)的第一腔室中的第三噴霧嘴結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D，該空氣凈化系統(tǒng)包括一個(gè)圍繞充電管的空氣輔助通路；圖15是具有多個(gè)如圖4所示的限定通路的空氣凈化系統(tǒng)的示意性透視圖；圖16是空氣凈化系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖，其限定通路具有多個(gè)位于其中的集塵電極；圖17是如圖1所示的空氣凈化系統(tǒng)的示意性透視圖，其具有多個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)與其成一夾角的出氣口；圖18是如圖17所示的空氣凈化裝置的示意性側(cè)視圖，其顯示其中的流體噴霧的模式；和圖19是如圖1至4所示的空氣凈化裝置的方框圖，在其中指示了空氣流、流體和電荷；圖20是利用根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的10英寸×4英寸×2英寸(25.4厘米×10.16厘米×5.08厘米)空氣凈化器計(jì)算機(jī)模擬數(shù)據(jù)的壓力損失對空氣流動速率的曲線圖；圖21是利用根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的10英寸×4英寸×2英寸(25.4厘米×10.16厘米×5.08厘米)空氣凈化器計(jì)算機(jī)模擬數(shù)據(jù)的空氣凈化效率對微粒大小的曲線圖；圖22是利用根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的10英寸×4英寸×2英寸(25.4厘米×10.16厘米×5.08厘米)空氣凈化器計(jì)算機(jī)模擬數(shù)據(jù)的空氣凈化效率對收集器液滴直徑的曲線圖；圖23是利用根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的10英寸×4英寸×2英寸(25.4厘米×10.16厘米×5.08厘米)空氣凈化器計(jì)算機(jī)模擬數(shù)據(jù)的收集器流體流動速率對收集器液滴直徑的曲線圖。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述現(xiàn)在將詳細(xì)給出對于本發(fā)明的當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施方案的參考資料，其中的一個(gè)實(shí)施例在附圖中以插圖的方式作了說明，在所有視圖中相同的標(biāo)號代表相同的元件。
雖然已經(jīng)舉例說明和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方案和/或個(gè)體特征，但是對于本領(lǐng)域的普通專業(yè)技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的情況下顯然可以進(jìn)行各種其它變化與改進(jìn)。此外，應(yīng)該清楚這些實(shí)施方案和特征的所有組合均是可能的，可導(dǎo)致本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。
如圖1所示，一個(gè)凈化空氣的裝置10包括一個(gè)具有一個(gè)進(jìn)氣口14和一個(gè)出氣口16的外殼12。將會看到，配置了進(jìn)氣口14來接受空氣流，該空氣流通常用參考數(shù)字18指示。從其內(nèi)包含某些在規(guī)定尺寸范圍(約0.1微米至10微米)內(nèi)的微粒(用參考數(shù)字20識別)的意義上來說，空氣流18可被認(rèn)為是骯臟的空氣。在進(jìn)氣口14旁邊還優(yōu)選地包括一個(gè)過濾器22，以防止大于規(guī)定尺寸的微粒進(jìn)入裝置10中，也可靠近進(jìn)氣口14放置一個(gè)傳感器23來監(jiān)測進(jìn)入裝置10的空氣質(zhì)量。
更具體地講，裝置10包括一個(gè)與進(jìn)氣口14保持流體相通的第一腔室或限定區(qū)域24，在此處，具有第一極性(即正的或負(fù)的)的半導(dǎo)電流體液滴28的荷電噴霧26被引入到經(jīng)過該處到出氣口16的空氣流18中。噴霧液滴28優(yōu)選地在第一腔室24內(nèi)以基本均勻的方式分布，以便微粒20適合被靜電吸引到噴霧液滴28上并保留在其上?？梢钥吹?，第一腔室24包括一個(gè)用于從供給它的半導(dǎo)電的流體30形成噴霧液滴28的第一器件(即，噴嘴)和用于給噴霧液滴28荷電的第二器件(即，荷靜電的元件)。應(yīng)當(dāng)理解，該荷電器件可執(zhí)行其功能而無論是在用第一器件形成噴霧液滴28之前還是之后。
優(yōu)選地，配置了一個(gè)連到電源36(約18千伏)上的噴霧嘴34來起第一和第二器件的作用以便其接受半導(dǎo)電流體、從其中產(chǎn)生噴霧液滴28和給該噴霧液滴28荷電。在第一腔室24中也配置了一個(gè)與噴霧嘴34隔開預(yù)定距離的收集面38來吸引噴霧液滴28以及隨其保留的微粒20。這樣，微粒20被從在裝置10中循環(huán)的空氣流18中去除。應(yīng)當(dāng)理解，收集面38不是接地就是荷上與噴霧液滴28的第一極性相反的第二極性的電荷來增強(qiáng)到那里的吸引力。為了使裝置10得以以有效的方式完成任務(wù)，優(yōu)選地，噴霧液滴28上的電荷被維持到其撞到收集面38為止，在其上面該電荷被中和。
裝置10優(yōu)選地包括一個(gè)與在第一末端的進(jìn)氣口14和在第二末端的第一腔室24保持流體相通的第二腔室或限定區(qū)域40，其中，在空氣流18中夾帶的微粒在空氣流18進(jìn)入第一腔室24之前被荷上與噴霧液滴28的第一極性相反的第二極性的電荷20。為了提供這樣的電荷，優(yōu)選地通過至少一個(gè)連到一個(gè)電源44(例如，提供大約8.5千伏的電壓)的電荷傳送元件42(即放電針)在第二腔室40內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)電場。雖然電荷傳送元件42可在很多方向上定向，其被設(shè)置在第二腔室40內(nèi)使得其基本平行于空氣流18為優(yōu)選的。這可以通過如圖4所示的橫穿過第二腔室40的中心支撐元件46來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，中心支撐元件46可以被成形成很多種，只要其對電荷傳送元件42提供必需的支撐并允許空氣流18沒有阻礙地流過第二腔室40。
第二腔室40還包括一個(gè)與之相連的用于限定和控制此處所產(chǎn)生的電場的接地元件48。應(yīng)當(dāng)理解，空氣流18在電荷傳送元件42和接地元件48之間經(jīng)過。也可在第二腔室40上連接一個(gè)收集面，此收集面可由電荷傳送元件42荷電，使得其極性與噴霧液滴28的極性相反并從而產(chǎn)生吸引力。為了更好地在微粒20上荷電，可在第二腔室40中設(shè)置一個(gè)用于在空氣流18中造成湍流的器件轉(zhuǎn)到第一腔室24，應(yīng)當(dāng)理解，對于噴霧嘴34和收集面38，可利用各種配置和結(jié)構(gòu)，但它們應(yīng)該匹配使得在第一腔室24中維持基本均勻的電場。因此，當(dāng)噴霧嘴34為軸對稱噴霧嘴時(shí)，收集面38優(yōu)選地采取分別如圖6至9所示的環(huán)形洗凈器、漏斗、多孔圓盤或線網(wǎng)圓筒的形式。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)噴霧嘴38為線性噴霧嘴時(shí)，收集面38優(yōu)選地是實(shí)心板、實(shí)心棒或多孔板結(jié)構(gòu)。
另一種對于噴霧嘴34的示例性結(jié)構(gòu)是采用了一種多噴嘴配置的結(jié)構(gòu)。這種噴霧嘴可采取帶有多個(gè)噴射管54的Delrin主體52的形式，噴射管54與在第一末端的該Delrin主體52和在第二末端的第一腔室24保持流體相通(見圖10)。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)采用如圖11A至11H所示的多噴嘴結(jié)構(gòu)時(shí)，噴霧嘴34可提供任何數(shù)目的流態(tài)。
應(yīng)當(dāng)理解，噴霧液滴28可以各種方法從流體30中產(chǎn)生，由于在被噴成霧狀的流體30和周圍的空氣或氣體之間需要很高的相對速度，這可通過將以高速進(jìn)入相對慢的運(yùn)動空氣或氣體流的流體30放電或把相對慢的運(yùn)動流體暴露到高速空氣流之下來實(shí)現(xiàn)。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會領(lǐng)會到，可利用壓力霧化器、旋轉(zhuǎn)霧化器和超聲霧化器。另一種器件用到一個(gè)振動的毛細(xì)管來產(chǎn)生均勻的滴流。如圖12至14所示，本發(fā)明設(shè)想利用空氣輔助型霧化器。在這種類型的噴霧嘴中，半導(dǎo)電的流體30被暴露于以高速流動的空氣流中。這可以以在氣體和流體在排出出口孔(見圖12和13)之前在噴嘴內(nèi)混合的內(nèi)混合構(gòu)造或氣體和流體在出口孔處混合的外混合構(gòu)造的一部分的形式出現(xiàn)(見圖14)。
雖然每個(gè)噴霧嘴配置優(yōu)選地包括一個(gè)半導(dǎo)電流體流經(jīng)其到達(dá)出口孔53的主導(dǎo)管51，以及一個(gè)連到主導(dǎo)管51上用于提供其內(nèi)的流體/噴霧液滴28所需電荷的荷電元件55，將會看到，通路57也給噴霧嘴34提供空氣。在圖12中，通路57與主導(dǎo)管51保持直接流體相通以便在排出出口孔53之前將流體和空氣混合。圖13和14將通路57描繪成是與腔室59保持流體相通，因此，所提供的流經(jīng)該處的空氣在排出出口孔53之前與在任一分離腔61中的流體混合(圖13)或描述成流體經(jīng)由與腔室59保持流體相通并位于出口孔53旁邊的分離腔63排出出口孔53(圖14)。采用空氣輔助的示例性噴霧嘴特指Seawise公司制造的SW750型噴霧嘴。
不管噴霧嘴34和收集面38的配置如何，應(yīng)當(dāng)理解，噴霧液滴28優(yōu)選地以基本均勻的方式被分布在第一腔室24內(nèi)。可以確定，噴霧液滴28優(yōu)選地應(yīng)以與空氣流18基本同樣的速度進(jìn)入第一腔室24。噴霧嘴34也可以不同的方式取向，以便噴霧液滴28在與空氣流18方向基本相同的方向上(見圖2)、與空氣流18方向基本相同的方向上(見圖3)或與空氣流18方向成一夾角(即基本垂直)的方向上(見圖1)流動。相對于微粒20的尺寸來說，噴霧液滴28的尺寸是一個(gè)重要的參數(shù)。因此，噴霧液滴28的尺寸優(yōu)選地在約0.1至1000微米范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在約1.0至500微米范圍內(nèi)，最優(yōu)選地在約10至100微米范圍內(nèi)。
設(shè)計(jì)要考慮的一個(gè)方面應(yīng)該是傳給液滴的電荷密度雖然較高的噴嘴34的充電電壓很可能會進(jìn)一步保證將在噴嘴的出口形成液滴，通常最好不要采用高電壓，這將易于導(dǎo)致液滴變得很微小(即，在0.1微米以下)。很微小的液滴可能易于被夾帶在空氣中，并且可能因此完全未到達(dá)“目標(biāo)”收集面38。當(dāng)然這將產(chǎn)生兩個(gè)負(fù)面后果(1)這樣的液滴將不會去除微粒，和(2)工作流體將會隨時(shí)間而損耗。此外，很微小的液滴可能無法“抓”在大于某個(gè)尺寸的微粒上面，盡管很小的微粒幾乎一直就是被很微小的液滴所去除。
在圖1中，外殼12的出氣口16與第一腔室24保持流體相通，以便通過其的定向空氣流(用箭頭56指示)基本上不含微粒20。也可靠近出氣口16設(shè)置一個(gè)過濾器58以去除任何沒被第一腔室24中收集面38吸引的噴霧液滴28。優(yōu)選地在出氣口16處設(shè)置一個(gè)傳感器60，用于監(jiān)測排出裝置10的空氣流56的質(zhì)量。因此，為了均衡裝置10的效率和從空氣流18中基本去除微粒20的能力，可以理解空氣流18具有預(yù)定的流經(jīng)裝置10的流動速率。為了更好地保持所需的流動速率，進(jìn)氣口14和/或出氣口16也可包括一個(gè)器件62或64，例如風(fēng)扇，來分別協(xié)助推送或抽吸從進(jìn)氣口14經(jīng)由第一和第二腔室24和32的空氣流18。
設(shè)置了一個(gè)控制器50(見圖4)以操縱裝置10，并且更具體地講，操縱電源36、電源44、風(fēng)扇62和風(fēng)扇64。因此，控制器50被連到用于監(jiān)測排出裝置10的空氣質(zhì)量的傳感器60和用于監(jiān)測通過流體再循環(huán)系統(tǒng)66循環(huán)過的流體30的質(zhì)量和流動速率的傳感器76上。
從圖1至4也可看到，流體再循環(huán)系統(tǒng)66優(yōu)選地是與收集面38保持流體相通以使俘獲從噴霧液滴28聚集的流體30并且使其返回到噴霧嘴34以繼續(xù)使用。具體地講，流體再循環(huán)系統(tǒng)66包括一個(gè)用于從收集面38和確定第一腔室24的內(nèi)壁67上收集流體30的器件。此流體收集機(jī)構(gòu)優(yōu)選地被結(jié)合進(jìn)收集面38中，就如具有如圖6至9所示構(gòu)造的孔口所證明的那樣。流體再循環(huán)系統(tǒng)66也包括一個(gè)與用于貯存流體30(來自噴霧液滴28聚集在收集面38上)的器件保持流體相通的容器70和一個(gè)用于給噴霧嘴34供應(yīng)該流體30的泵機(jī)72。
應(yīng)當(dāng)理解，流體再循環(huán)系統(tǒng)66也優(yōu)選地包括一個(gè)位于收集面38和噴霧嘴34之間用于從流體30中去除微粒20的過濾器74。這有助于保持流體30更純靜并防止噴霧嘴34可能的堵塞?？稍O(shè)置一個(gè)與過濾器74相結(jié)合的器件76來監(jiān)測流體30被泵入噴霧嘴34之前的質(zhì)量，器件76能夠指示該流體30應(yīng)該在何時(shí)被換掉。
在如圖5所示的流體再循環(huán)系統(tǒng)66的一種優(yōu)選實(shí)施方案中，利用了一個(gè)一次性盒體78來容納其至少一部分。這允許用來作噴霧液滴28的半導(dǎo)電的流體30在需要的時(shí)候很容易被換掉。更具體地講，盒體78包括一個(gè)外殼80，其具有一個(gè)與在第一末端的收集面38和在第二末端的容器70保持流體相通的入口82。在盒體外殼80上也設(shè)置了一個(gè)出口84，其與在第一末端的容器70和在第二末端的泵機(jī)72保持流體相通。如圖5所示，在盒體外殼80之內(nèi)可包含一個(gè)過濾器74，以便流體30在進(jìn)入容器70之前流經(jīng)于此?？晒┻x擇地，可定位過濾器74以便流體30首先進(jìn)入容器70。應(yīng)當(dāng)理解，在盒體78內(nèi)可或不包括監(jiān)測器件76，但其應(yīng)該放置在泵機(jī)72的上流。如果設(shè)置有盒體78，監(jiān)測器件76優(yōu)選地將會指示其內(nèi)的流體30應(yīng)何時(shí)被更換。盒體外殼80的入口82和出口84每個(gè)都分別顯示出具有一個(gè)從外殼80伸出來的帽部86和88和優(yōu)選地具有一個(gè)通過每個(gè)各自的帽部覆蓋通路92和94的自動封口隔膜90。
優(yōu)選地，配置盒體78以便入口82是與由收集面38聚集的流體30保持流體相通。當(dāng)然，外殼80本身的一部分可起到收集面38的作用。類似地，將優(yōu)選地配置盒體78以便出口84是與噴霧嘴34整體保持流體相通。優(yōu)選地在外殼80上設(shè)置帶有相應(yīng)的可拆的塞件98的孔口96，以便認(rèn)為流體30太臟或不純時(shí)，允許其從容器70中排出。也可用同樣的方法在容器70中換進(jìn)新的流體。
應(yīng)當(dāng)理解，可在盒體78中放置一個(gè)泵(圖5中在模型中用參考數(shù)字100識別)來協(xié)助移動流體30經(jīng)過出口84。任選地，把開關(guān)102和盒體78結(jié)合在一起以便當(dāng)盒體沒被放置好時(shí)，裝置10不會運(yùn)轉(zhuǎn)。同樣，可以一種特定的方式配置盒體78，以便只有具有如此構(gòu)形的盒體被認(rèn)為是適于使用。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，裝置10，和尤其是在第一腔室24中用噴霧嘴34形成的噴霧液滴28的尺寸、密度和電荷，被優(yōu)選地設(shè)計(jì)以滿足效率設(shè)計(jì)參數(shù)EDP在規(guī)定范圍內(nèi)?，F(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，效率設(shè)計(jì)參數(shù)在約0.0至0.6范圍內(nèi)為可接受，而在約0.0至0.3范圍內(nèi)為優(yōu)選和在0.0至0.15范圍內(nèi)為最佳。此效率設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)選地被作為幾個(gè)參數(shù)的函數(shù)計(jì)算。當(dāng)微粒20和噴霧液滴28被荷電時(shí)(即K＝1)，第一分量為電荷相關(guān)參數(shù)CDP，其用以下公式計(jì)算CDP＝10aL+bL-cL-dL+25.45當(dāng)只有噴霧液滴28被荷電時(shí)(K＝-1)，那么該電荷相關(guān)參數(shù)優(yōu)選地由以下公式計(jì)算CDP＝[(102*aL+2*bL-PL-dL+18.26)0.4]+1其中a＝荷靜電噴射微粒20的每單位面積電荷(單位為庫侖每平方厘米)b＝所收集的微粒20的電荷(單位為庫侖)c＝所收集的微粒20的直徑(單位為微米)d＝微粒20和噴霧液滴28間的相對速度(單位為米每秒)P＝噴霧液滴28的直徑(單位為微米)應(yīng)當(dāng)理解，aL、bL、cL、dL和PL為上述各個(gè)變量的對數(shù)。
效率設(shè)計(jì)參數(shù)EDP的第二分量是一個(gè)無量綱的參數(shù)ND，其優(yōu)選地根據(jù)以下公式計(jì)算ND＝P3Q/(-1.910×1012+P3Q)其中P＝噴霧液滴28的直徑(單位為微米)Q＝噴霧液滴28的數(shù)目(單位為微粒數(shù)每立方厘米)效率設(shè)計(jì)參數(shù)EDP接著優(yōu)選地從以下方程確定EDP＝exp[(ND×CDP×W×38100)/(P×Z)]其中ND＝無量綱參數(shù)CDP＝電荷相關(guān)參數(shù)(無量綱的)W＝從空氣首先接觸噴霧點(diǎn)到空氣脫離噴霧點(diǎn)空氣流方向上的直線距離(單位為英寸)P＝噴霧液滴28的直徑(單位為微米)Z＝速度相關(guān)參數(shù)(無量綱的)應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)空氣流18以與噴霧液滴28流動方向基本相同或基本相反的方向運(yùn)動時(shí)，速度相關(guān)參數(shù)Z等于1。如果噴霧液滴流28與空氣流18成一夾角，速度相關(guān)參數(shù)Z被表示成Z＝cos[arctan(V2/V1)]為了更好地理解效率設(shè)計(jì)參數(shù)EDP的計(jì)算方法，確定了一個(gè)示例性計(jì)算，希望用密度為500粒每立方厘米的荷靜電的10微米噴霧液滴的噴霧從空氣流中移去1微米懸浮微粒。懸浮微粒進(jìn)入速度為2.1米每秒的空氣里的噴霧中。噴霧液滴以2米每秒的速度行進(jìn)到收集面38并且其行進(jìn)方向與空氣流18的方向相同。懸浮微粒20在進(jìn)入噴霧26之前在第二腔室中被電暈荷電并具有6×10-17庫侖的電荷。荷靜電的噴霧液滴28的電荷每單位面積為9.5×10-9庫侖每平方厘米并且噴霧26伸出2英寸(5.08厘米)的距離。
按照給以上實(shí)施例所提供的資料，P＝10 PL＝1.0Q＝500W＝2Z＝1a＝1.7×10-8C/cm2aL＝-7.77b＝6×10-17C bL＝-16.22c＝1μmcL＝0d＝0.1m/s dL＝-1K＝+1CDP＝10aL+bL-cL-dL+25.45＝281ND＝-2.62×10-7EDP＝exp[{(-2.62×10-7)×(281)×(2)×38100}/{(10)×(1)}]＝0.57雖然可認(rèn)為對上述實(shí)施例的設(shè)計(jì)是在可接受的范圍內(nèi)，就會看到，將該實(shí)施例修改成噴霧密度為2000粒每立方厘米和噴霧液滴尺寸為30微米，使電荷相關(guān)參數(shù)CDP能夠達(dá)到162和無量綱參數(shù)ND達(dá)到-2.83×10-5。因此，效率設(shè)計(jì)參數(shù)EDP經(jīng)計(jì)算等于9×10-5，可認(rèn)為是在最佳范圍內(nèi)。
對于用于本發(fā)明的半導(dǎo)電流體30，此流體優(yōu)選地為非水的，以便從其形成的噴霧液滴28能夠有足夠的滯留時(shí)間維持應(yīng)用的電荷(即在撞到收集面38前)另外，明顯是出于安全原因，該流體30優(yōu)選地應(yīng)該是惰性的、非揮發(fā)性的和無毒的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該流體應(yīng)該具有某些物理特性，使其能被形成所需要尺寸的噴霧液滴28，在第一腔室24中提供所需要的噴霧范圍和如同由效率設(shè)計(jì)參數(shù)EDP所測算的那樣起到有效地吸引和保持微粒20的作用。
考慮到流體30用作噴霧液滴28所需要的功能性，已經(jīng)確定了一個(gè)公式，其估量對于特定的流體本發(fā)明通稱為噴霧性因子SF的數(shù)值。首先，從以下公式確定該流體的特征長度CLCL＝[{(PFS)2×(ST)}/{(D)×(1/R)2×(107)}]1/3緊接著，從以下公式確定該流體的特征流動速率CFRCFR＝[{(PFS)×(ST)}/{(D)×(1/R)×(105)}]和從以下公式確定特性相關(guān)參數(shù)PDPPDP＝[{(ST)3×(PFS)2×(6×103)}/{(V)3×(1/R)2×(FR)}]1/3然后，如果特性相關(guān)參數(shù)小于1，噴霧性因子SF從以下方程計(jì)算SF＝[log(CL)+log[(1.6)×((RDC)-1)1/6×[(FR)/{(CFR)×(6×107)}]1/3-((RDC)-1)1/3]]如果特性相關(guān)參數(shù)PDP大于1，噴霧性因子SF從以下方程計(jì)算SF＝-[log(CL)+log[(1.2)×{[(FR)/{(CFR)×(6×107)}]1/2)-0.3]應(yīng)當(dāng)理解，在以上方程中已確定的參數(shù)如下FR＝流動速率(單位為毫升每分鐘)D＝流體的密度(單位為千克每升)RDC＝流體的相對介電常數(shù)(無量綱的)R＝電阻率(單位為歐姆厘米)ST＝流體的表面張力(單位牛頓每米)PFS＝自由空間的介電常數(shù)(單位為F/m)V＝流體的粘度(單位為帕斯卡)
結(jié)合以上公式，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該噴霧性因子SF的可接受范圍是約2.4至7.0，優(yōu)選范圍是約3.1至5.6，和最優(yōu)范圍是約4.0至4.9。
為了更好地理解噴霧性因子的計(jì)算，接下來是對于丙二醇以0.3毫升每分鐘流動速率進(jìn)行噴射的計(jì)算。丙二醇的密度為1.036千克每升，粘度為40毫帕斯卡，表面特征長度為38.3毫牛每米，電阻率為10兆歐和介電常數(shù)為32。根據(jù)前述方程，算得特征長度CL為3.045×10-6，特征流動速率CFR為3.19×10-11，和特性相關(guān)參數(shù)PDP為5.03×10-2。由于PDP小于1，噴霧性因子SF采用第一個(gè)方程計(jì)算并被確定為4.4(在最優(yōu)范圍內(nèi))。應(yīng)當(dāng)理解，如果流動速率增加到3毫升每分鐘，算得噴霧性因子為4.0，其仍在最優(yōu)值范圍內(nèi))。
根據(jù)以上公式，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，適合于指示參數(shù)的優(yōu)選范圍是流體的粘度(V)范圍為約1至100毫帕斯卡；表面張力(ST)范圍為約1至100毫牛頓每米；電阻率(R)范圍為約10千歐至50兆歐并且優(yōu)選范圍為約1至5兆歐和電場(E)為約1至30千伏每厘米。流體的相對介電常數(shù)(RDC)優(yōu)選范圍為從1.0到50。
在考慮到以上公式和采用流體30作為噴霧26的要求時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可采用下述流體類別油、硅酮、礦物油、食用油、多元醇、聚醚、乙二醇、烴、異鏈烷烴、聚烯烴、芳香酯、脂族酯、含氟表面活性劑以及其混合物。
對于此類流體，在裝置10中采用以下類型是優(yōu)選的乙二醇、硅氧烷、醚、烴和它們的取代的或未取代的分子量小于400的齊分子量聚合物以及其混合物。以下為更優(yōu)選的二亞乙基乙二醇、單乙基醚、三亞乙基乙二醇、四聚乙烯乙二醇、三聚丙烯乙二醇、丁烯乙二醇和甘油。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，某些包含以下數(shù)量的此類流體混合物為優(yōu)選的(1)50％丙二醇、25％四聚乙烯乙二醇和25％二丙基乙二醇；(2)50％四聚乙烯乙二醇和50％二丙基乙二醇；(3)80％三亞乙基乙二醇和20％四聚乙烯乙二醇；(4)50％四聚乙烯乙二醇和20％1，3丁烯乙二醇；和，(5)90％二丙基乙二醇和10％transcutol CG(二亞乙基乙二醇一甲基醚)。
為了更好地理解本發(fā)明的方法，用以下常用箭頭在圖19中描述裝置10中的電荷流、流體流和空氣流。黑體箭頭表示電荷流；實(shí)線箭頭表示流體流和擴(kuò)展箭頭表示空氣流。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，將會看到，空氣流18經(jīng)進(jìn)氣口14進(jìn)入第二腔室40中，在此處微粒20被荷上所需要極性的電荷。此空氣流18優(yōu)選地在進(jìn)氣口14處通過過濾器22被過濾，以便在進(jìn)入第二腔室40之前將其中的尺寸大于10微米的微粒從中分離出來?？諝饬?8也可以在第二腔室40內(nèi)產(chǎn)生湍流以便增強(qiáng)微粒20的荷電能力?？諝饬?8接著進(jìn)入第一腔室24中并與此處的噴霧液滴28交互作用，以便微粒20被靜電吸引到噴霧液滴上并從空氣流18中除掉。最后，空氣流56排出第一腔室24并流經(jīng)出氣口16?？諝饬?6可被過濾器58再次過濾，并且用傳感器60監(jiān)測其質(zhì)量以便確定裝置10的效率。
對于電荷流，從圖19中可見，在第二腔室40中，具有所需要極性(與噴霧液滴28的極性相反)的電荷依靠電荷傳送元件42和電源44被提供給微粒20。不是在噴霧液滴28形成前就是在形成后，具有與放在微粒20上的電荷極性相反極性的電荷通過噴霧嘴34和電源36被提供給流體30或噴霧液滴28。接著，在第一腔室24中，微粒20被吸引到噴霧液滴28上并被運(yùn)送到收集面38，在其上面微粒20和噴霧液滴28上的各自電荷產(chǎn)生中和。
在圖19中將會看到，半導(dǎo)電流體30被供給噴霧嘴34以便噴霧液滴28被形成并被提供進(jìn)第一腔室24成為噴霧26。其后，噴霧液滴28被吸引到收集面或元件38上，在此處它們優(yōu)選地被收集以形成流體聚集體并通過流體再循環(huán)系統(tǒng)66被再循環(huán)到噴霧嘴34。這包括流體30被收集在容器70中和被泵機(jī)72供給噴霧嘴34。如圖19所示，該流體30具有被過濾器74過濾過的微粒20和在進(jìn)入泵機(jī)72之前用質(zhì)量檢測器器件76監(jiān)測過該流體30的質(zhì)量為優(yōu)選的。
空氣過濾器的特性之一為滲透性，其如上所述代表孔隙的百分比除以過濾器介質(zhì)體積的百分比。在本發(fā)明中滲透性典型地大于97％，這與HEPA過濾器的滲透性小于1％相比非常有利。因此容易明白為什么本發(fā)明在流經(jīng)過濾器的空氣速率相同的條件下具有比任何類型的HEPA過濾器低得多的背壓特性。
本發(fā)明的另一重要方面是其非常低的噪音，其是由吹氣的風(fēng)扇產(chǎn)生的。由于在本發(fā)明中背壓相當(dāng)不明顯，風(fēng)扇和與其相連的馬達(dá)的噪音將在30至40分貝的范圍內(nèi)。對于小裝置，這種噪音指標(biāo)甚至?xí)?。在本發(fā)明被安裝于家居中爐子的進(jìn)風(fēng)口或出風(fēng)口的場合，那時(shí)就不需要單獨(dú)的風(fēng)扇/馬達(dá)裝置，并且爐子或空調(diào)的鼓風(fēng)扇即可滿足全部需要。本發(fā)明的背壓(或壓力損失)指標(biāo)將比同樣安裝于家居中爐子或空調(diào)器中的傳統(tǒng)靜電空氣過濾器更佳。
本發(fā)明實(shí)際上可利用任何類型的噴嘴，盡管優(yōu)選的一種噴嘴將是毛細(xì)管大小的噴嘴，其中噴嘴元件34將采用多個(gè)這樣的噴嘴。液滴可形成為各種尺寸，盡管實(shí)際的毛細(xì)管尺寸不是液滴尺寸必要的決定因素。一旦其表面帶有靜電電荷的液滴被形成，它們將趨向于在噴嘴和收集器元件38之間非?？斓匦羞M(jìn)。如果在噴嘴34和收集器元件38之間的距離為，例如約四英寸(10.16厘米)，那么在電荷被耗散前液滴行進(jìn)整個(gè)四英寸(10.16厘米)距離為優(yōu)選的。如果行程時(shí)間是在最大十分之幾秒的數(shù)量級內(nèi)最好，因此所用的產(chǎn)生液滴的流體應(yīng)該具有同樣數(shù)量級的馳豫時(shí)間。優(yōu)選地，流體的馳豫時(shí)間指標(biāo)為至少十分之幾秒，或甚至達(dá)到一秒。因此如上所述，半導(dǎo)電流體為優(yōu)選。
本發(fā)明真正地起到“動態(tài)”流體靜電過濾器的作用。由于流體進(jìn)行再循環(huán)，其表面(成為液滴)被更新并且將依靠其在表面上的靜電電荷連續(xù)吸引灰塵或臟微粒。經(jīng)過相當(dāng)一段時(shí)間后，半導(dǎo)電流體最終充滿污垢和灰塵，從而效果降低。對于一種優(yōu)選的流體，過濾器在充滿污垢和灰塵之前可被連續(xù)使用4至6個(gè)月。
本發(fā)明的另一個(gè)有益的特性是，當(dāng)空氣流經(jīng)過濾器進(jìn)行凈化時(shí)，空氣過濾器運(yùn)轉(zhuǎn)基本上不改變空氣溫度和濕度。這和將進(jìn)入的空氣充分地加熱到3000°F的軍用空氣過濾器完全相反，經(jīng)軍用過濾器過濾后，在被允許再循環(huán)回到人們工作的空間以前，空氣必須基本上被冷卻下來。
正如下面將要看到的，本發(fā)明的空氣凈化器可與靜電沉淀器型空氣過濾器和HEPA型過濾器相媲美。事實(shí)上，通過在靜電空氣過濾器和HEPA空氣過濾器的背壓指標(biāo)和凈化效率指標(biāo)之間成功地運(yùn)行，本發(fā)明基本上填補(bǔ)空氣過濾器類型的這兩個(gè)極端之間的空白。
盡管很多靜電空氣過濾器額定為約500fpm(英尺每分鐘)的空氣流速，當(dāng)凈化的微粒尺寸為約0.3微米時(shí)，它們的壓力損失典型地大于0.2英寸(0.5厘米)水柱。如上所述，在這些條件下，這樣的靜電空氣過濾器的凈化效率典型地為70％或更小。與此對比，本發(fā)明可在500fpm(其等于約2.54米每秒)空氣流速下運(yùn)行，當(dāng)凈化輸入空氣中尺寸為0.3微米的微粒時(shí)，將產(chǎn)生比0.2英寸(0.5厘米)水柱小得多的背壓，凈化效率大于70％。
當(dāng)采用ASHRAE塵點(diǎn)試驗(yàn)時(shí)，靜電空氣過濾器將典型地顯示較大的空氣凈化效率，與采用尺寸為0.3微米的微粒相比，在同樣500fpm的空氣流速下，在較低的背壓下，凈化效率將典型地約為84％。本發(fā)明仍然可與之媲美，在ASHRAE塵點(diǎn)試驗(yàn)的條件下，當(dāng)空氣流速為2.54米每秒(等于500fpm)時(shí)，本發(fā)明在小于0.1英寸(0.25厘米)水柱的背壓下將具有比85％大得多的凈化效率。
本發(fā)明的另一個(gè)重要的特性是，其空氣效率指標(biāo)基本上幾個(gè)月不下降，其與靜電空氣凈化器完全相反，靜電空氣凈化器的凈化效率在類似的運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)顯著下降，有時(shí)在運(yùn)轉(zhuǎn)幾周后就明顯下降。因此，經(jīng)過幾個(gè)月運(yùn)轉(zhuǎn)后，本發(fā)明將不會明顯增加其背壓特性。典型地，本發(fā)明的空氣過濾器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)超過六十天后，其背壓和空氣凈化效率特性變化小于10％。
對于HEPA過濾器，它們典型地被額定為約90fpm(其等于0.4572米每秒)的空氣流速，針對0.3微米直徑的污物或塵土粒徑，和99.97％的凈化效率。大多數(shù)在這種空氣流速下的HEPA過濾器具有大于一英寸(2.54cm)水柱的背壓。與此對比，本發(fā)明可運(yùn)行在90fpm空氣流速下，對于0.3微米粒徑凈化效率基本上為99.97％，和背壓將小于0.8英寸(2.032厘米)水柱。除此之外，流經(jīng)本發(fā)明過濾器的空氣將基本上不改變其溫度和濕度特性。
在本發(fā)明的一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案中，取代流體液滴的固體“珠?！笨蓮摹皣婌F”噴嘴中被噴射進(jìn)一個(gè)“混合腔室”例如第一腔室24來碰撞引入空氣中的微?；蛟谄渚o鄰的范圍內(nèi)。這些固體珠?？稍谡盟鼈儚哪承╊愋偷膰婌F嘴或多個(gè)噴霧嘴如圖1中的元件34中被輸出之前荷上靜電。這些固體珠粒為半導(dǎo)電材料或絕緣材料以便它們能被荷電并且保持那個(gè)電荷一直到珠粒到達(dá)收集面為止，或更確切地講，到達(dá)收集箱或槽，而不是一個(gè)如圖1中的表面38的平收集面。
當(dāng)利用固體珠粒作為從引入的空氣中吸引污垢或灰塵的荷電材料時(shí)，系統(tǒng)將不是再循環(huán)系統(tǒng)，而將是一個(gè)更有效的凈化空氣的“一次性”使用或“一次性”系統(tǒng)。當(dāng)固體珠粒在收集槽或箱(或任何其它形狀的腔室)中積聚起來時(shí)，那么這些珠?？杀惶幚淼簟＿@對于從空氣中去除某些類型的亞微米尺寸的危險(xiǎn)細(xì)菌或生物危害性材料將會特別有用。
發(fā)明人預(yù)期這樣一種從空氣中凈化生物危害性或危險(xiǎn)微粒的系統(tǒng)在醫(yī)院或在軍用裝置中會非常有用，而且將供應(yīng)足夠數(shù)量的固體珠粒以便可以密封一個(gè)特殊的房間，啟動空氣凈化系統(tǒng)，然后通過噴嘴34以高速(和高密度)分送固體珠粒，持續(xù)足夠的時(shí)間直到實(shí)際上房間中的所有空氣已經(jīng)被循環(huán)至少兩次或三次，從而去除生物危害。
本發(fā)明已經(jīng)以樣機(jī)形式或采用計(jì)算機(jī)模型兩種方法進(jìn)行了測試。出自計(jì)算機(jī)模擬情況的某些測試數(shù)據(jù)被顯示于圖20至23中，其中，測試對象為尺寸約10英寸×4英寸×2英寸(25.4厘米×10.16厘米×5.08厘米)的過濾器。圖20圖示說明以英寸水柱表示的壓力損失對以立方英尺每分鐘表示的氣流速率的曲線圖。對于10英寸×4英寸(25.4厘米×10.16厘米)的過濾器橫截面，100cfm等同于360fpm(英尺每分鐘)的空氣流速，200cfm等同于720fpm，300cfm等同于1080fpm，和400cfm等同于1440fpm。
在圖20中，曲線200顯示在所指出的這些空氣流速率下的壓力損失，并且必須注意的是，該計(jì)算機(jī)模擬的數(shù)據(jù)指的是穿過過濾元件本身的壓力損失，不包括任何超出過濾器本身的那些由于管道或進(jìn)氣口和出氣口構(gòu)造形式而產(chǎn)生的附加壓力損失。當(dāng)然本發(fā)明中用的術(shù)語“過濾介質(zhì)”實(shí)質(zhì)上指的是第一腔室24，例如，如圖1所示。換言之，沒有所涉及的固體過濾介質(zhì)，但相反該過濾介質(zhì)由一個(gè)有液滴經(jīng)其通過的敞開的腔室或容積空間組成。
圖20的計(jì)算機(jī)模擬數(shù)據(jù)采用的荷電液滴尺寸為直徑30微米，和液滴密度為3,000滴每立方厘米。
圖21為顯示空氣凈化效率對引入空氣中夾帶的顆粒物質(zhì)粒徑的曲線圖。曲線202顯示，采用0.1微米到100微米范圍內(nèi)的粒徑，效率幾乎為100％。雖然在某些粒徑(例如0.3微米)條件下、或常常采用ASHRAE塵點(diǎn)試驗(yàn)測試靜電沉淀器型過濾器，在0.3微米粒徑條件下測試HEPA過濾器。
圖22和23為來自用于本發(fā)明的計(jì)算機(jī)模擬的其它數(shù)據(jù)。這是本發(fā)明用作室內(nèi)空氣凈化器的一個(gè)實(shí)施例，其中通過過濾器(即，第一腔室24)的空氣流速為2.1米每秒(其轉(zhuǎn)換為約414fpm的空氣流速)，來自噴霧嘴34的被荷電的液滴速度為2.0米每秒(約394fpm)。該過濾器尺寸還是10英寸×4英寸×2英寸(25.4厘米×10.16厘米×5.08厘米)，因此在此2.1米每秒的空氣流速條件下，凈化空氣供應(yīng)速率(CADR)為大約110cfm(立方英尺每分鐘)。
現(xiàn)在參見圖22，曲線210、212和214代表單位為滴每立方厘米的不同密度。曲線210為1000滴每立方厘米(cc)，同時(shí)曲線212為2,000滴每立方厘米和曲線214為3,000滴每立方厘米。Y軸代表“云收集效率”(即，空氣凈化效率)，同時(shí)X軸代表的“收集器液滴直徑”，單位為微米。從圖22可見，當(dāng)液滴直徑小于30微米時(shí)，微粒數(shù)越濃密，效率越大。然而，如果液滴直徑大于30微米，效率實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于與液滴密度無關(guān)。當(dāng)然，液滴的密度越大，每單位時(shí)間必須通過噴霧嘴34荷電的流體越多。
圖23具有代表不同的液滴每立方厘米數(shù)的相應(yīng)曲線220、222和224。曲線220代表1,000滴每立方厘米，同時(shí)曲線222代表2,000滴每立方厘米和曲線224代表3,000滴每立方厘米。Y軸為用流經(jīng)噴霧嘴34的流體的“流動速率”，單位為升每分鐘，同時(shí)X軸代表“收集器液滴直徑”，單位為微米。
如圖23所示，單位體積的液滴密度越大，流動速率越大，其當(dāng)然一定是真的。由于收集器液滴直徑下降，那么流動速率也同樣下降，即使液滴的密度被維持在恒定值。
以下以表格形式提供在圖20至23的曲線中沒得到的補(bǔ)充資料。在第一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的計(jì)算機(jī)模擬數(shù)據(jù)顯示對于5米每秒(約984英尺(299.9米)每分鐘)的管道空氣流速，在三種不同的液滴密度下的微粒直徑(單位為米)、微粒收集效率和微粒“透過率”(其大體上為“1-收集效率”)。對于整個(gè)住宅的加熱、迎風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)來說，管道內(nèi)5米每秒的空氣流速是典型的。該數(shù)據(jù)在三個(gè)不同的表格中提供，本發(fā)明指的是表#1到#3，分別對應(yīng)1000滴每立方厘米、2000滴每立方厘米和3000滴每立方厘米的液滴密度。
表#15米/秒空氣流速(典型的家庭管道流速)1000滴/立方厘米

表#25米/秒空氣流速(典型的家庭管道速度)2000滴/立方厘米

表#35米/秒空氣流速(典型的家庭管道速度)3000滴/立方厘米

表#1到#3可與傳統(tǒng)的靜電沉淀器相比，并且可以看到，本發(fā)明的凈化效率與已知的現(xiàn)有技術(shù)靜電沉淀器相比相當(dāng)高，特別在當(dāng)液滴密度為3000滴每立方厘米的條件下。在粒徑為一微米或更大時(shí)，甚至在液滴密度為僅僅1000滴每立方厘米時(shí)，本發(fā)明的凈化效率也是較高的。
如上所述，用于產(chǎn)生荷電液滴流體的電導(dǎo)率是供本發(fā)明之用的一個(gè)重要的性質(zhì)。電導(dǎo)率越高，液滴起初被荷上一定電壓的電荷越容易。然而，流體的電導(dǎo)率越低，電荷的“壽命”越長，其在技術(shù)上被稱為“馳豫時(shí)間”。
如果流體的電導(dǎo)率數(shù)值為10-12歐姆-1-米-1，那么，馳豫時(shí)間為約18秒。另一方面，如果電導(dǎo)率數(shù)值增加到6.7×10-10歐姆-1-米-1，那么，馳豫時(shí)間減小到約3毫秒。對于本發(fā)明的用途，馳豫時(shí)間為至少十分之幾秒為優(yōu)選的，和更優(yōu)選地為大于一秒。
在如圖22和23所示的實(shí)施例計(jì)算機(jī)模型模擬中，液滴速度為2米每秒，如果馳豫時(shí)間為至少一秒的話，將允許從輸入空氣收集微粒的腔室相當(dāng)大。當(dāng)然，在此模擬模型中，貫穿“介質(zhì)”的距離僅為2英寸(5.08厘米)，所以馳豫時(shí)間當(dāng)然小得多，同時(shí)荷電液滴在從噴嘴到集塵極板之間的整個(gè)行程過程仍然保持其電荷。
正如在相關(guān)申請中所提到的，用于本發(fā)明的流體優(yōu)選地將具有相對低的粘度，并將具有小于10-4歐姆-1米-1的電導(dǎo)率。電導(dǎo)率將優(yōu)選地甚至小于這個(gè)10-4數(shù)值，并且更佳的數(shù)字為小于10-10歐姆-1米-1。這將提供較大的馳豫時(shí)間，大于0.1秒的馳豫時(shí)間。
應(yīng)當(dāng)理解，凈化效率等于在輸入空氣中夾帶的微粒數(shù)減去在輸出空氣中夾帶的微粒數(shù)，除以在輸入空氣中夾帶的微粒數(shù)，并且這個(gè)數(shù)量乘以100％。當(dāng)在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)或生產(chǎn)單位測量實(shí)際的微粒數(shù)時(shí)，典型地采用微粒計(jì)數(shù)器。
如上所述，本發(fā)明引入了一個(gè)稱為“壓力調(diào)節(jié)效率”(PAE)的新特性，來描述空氣凈化過濾器的效率和壓力損失特性。PAE用凈化效率(用百分?jǐn)?shù))除以壓力損失(用英寸水柱)來測定，產(chǎn)生一個(gè)具有壓力倒數(shù)單位的數(shù)值結(jié)果。在本專利文獻(xiàn)中，單位將一直為英寸水柱的倒數(shù)。
對于“新”過濾器，PAE將典型地處于其最大值，并且當(dāng)該過濾器被使用后，在壓力損失降趨于增加的同時(shí)，凈化效率將下降。因此降低PAE數(shù)值計(jì)算結(jié)果。HEPA過濾器在“新”的時(shí)候?qū)②呌诰哂屑s100的PAE值，就是99.97％除以約0.1英寸(0.25厘米)水柱的背壓。當(dāng)然，一旦過濾介質(zhì)中積聚了顆粒物質(zhì)，此背壓趨于相當(dāng)快地增加，并且PAE因此將相應(yīng)地下降。
靜電沉淀器型空氣過濾器趨于具有非常大的PAE值，主要因?yàn)樵谛时Ｏ鄬Ω咚降耐瑫r(shí)，通常對于ASHRAE塵點(diǎn)試驗(yàn)至少在70％至80％的范圍內(nèi)，壓力損失非常小。本發(fā)明在仍然以同樣的效率(即，99.97％)從空氣中去除亞微米微粒的同時(shí)，可獲得基本上大于任何HEPA過濾器的PAE。
即使不大于那些由傳統(tǒng)的靜電沉淀器型空氣過濾器獲得的PAE值，本發(fā)明也能獲得基本相似的PAE值。此外，本發(fā)明的PAE值在長期使用，例如超過連續(xù)兩個(gè)月范圍的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間后，將基本上不變。然而，傳統(tǒng)的靜電沉淀器經(jīng)過同樣的運(yùn)行時(shí)間后將顯著地?fù)p失凈化效率，因?yàn)樗鼈兊氖占_始積聚顆粒物質(zhì)，其將降低荷電元件吸引更多顆粒物質(zhì)的可能性。例如，本發(fā)明在連續(xù)使用兩個(gè)月之后將會繼續(xù)在PAE偏離不超過25％的狀況下運(yùn)行。
本發(fā)明可在空氣流速500fpm(2.54米每秒)的條件下，在小于0.2英寸(0.5厘米)水柱的背壓下以大于70％的效率凈化空氣中尺寸大致為0.3微米的微粒。當(dāng)采用ASHRAE塵點(diǎn)試驗(yàn)時(shí)，在同樣的空氣流速條件下，本發(fā)明可提供在小于0.1英寸(0.25厘米)水柱的背壓下的大于85％的凈化效率。
當(dāng)以基本上類似于HEPA過濾器的空氣流速條件運(yùn)行時(shí)，當(dāng)粒徑為0.3微米時(shí)，用90fpm(0.4572米每秒)的空氣流速，本發(fā)明在小于0.8英寸(2.03厘米)水柱的背壓下可獲得至少99.97％的凈化效率。
以下根據(jù)表#4提供表格資料的另一個(gè)實(shí)施例。表4列舉了本發(fā)明的在空氣流速為0.03米每秒(約5.9英尺(1.8米)每分鐘)條件下運(yùn)行的過濾器的計(jì)算機(jī)模擬數(shù)據(jù)，其提供與傳統(tǒng)的HEPA過濾器的直接比較。即使當(dāng)液滴密度僅為1000滴每立方厘米時(shí)，表#4的收集效率也極其高，并且實(shí)際上收集效率在粒徑為5微米時(shí)如此之高致使測量精度無法提供在100％以下的收集效率值。
表#40.03米/秒空氣流速(HEPA對照)1000滴/立方厘米

為了說明和描述起見，進(jìn)行了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的前述描述。并不打算詳盡無遺地描述或限制本發(fā)明對于所公開的準(zhǔn)確形式。根據(jù)以上講授，進(jìn)行明顯的改進(jìn)或變化是可能的。為了最好地說明本發(fā)明的原理和其實(shí)際應(yīng)用，選定和描述了實(shí)施方案，因此使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠最好地以各種實(shí)施方案利用本發(fā)明并做出適合所設(shè)想的特定應(yīng)用的各種改進(jìn)。其意圖為通過在此所附的權(quán)利要求來限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.空氣凈化裝置，其包括腔室，輸入空氣流流進(jìn)其內(nèi)，所述輸入空氣包含多個(gè)微粒，所述輸入空氣在所述腔室內(nèi)被凈化后成為輸出空氣流；至少一個(gè)噴嘴，通過所述噴嘴流體被噴射進(jìn)所述腔室中，所述流體被荷電，所述流體在排出所述至少一個(gè)噴嘴時(shí)被分離成多個(gè)液滴，和所述腔室被設(shè)置以使所述輸入空氣流和所述荷電流體液滴在混合空間混合，其中所述多個(gè)微粒被吸引到所述荷電液滴上，從而從所述輸入空氣中去除所述多個(gè)微粒的一部分，所述輸入空氣因而成為所述輸出空氣流；所述空氣凈化裝置的特征在于當(dāng)所述輸入空氣流以大致2.54米每秒(500fpm)的空氣流速流經(jīng)所述腔室的所述混合空間時(shí)，尺寸大致為0.3微米的所述多個(gè)微粒在小于0.2英寸水柱的背壓下被以大于70％的凈化效率從所述輸入空氣中凈化，并且基本上不會改變所述輸入空氣的溫度和濕度。
2.如權(quán)利要求1所述的空氣凈化裝置，其中，當(dāng)所述輸入空氣流顯示具有大于一百萬粒每立方米的微粒密度時(shí)，不用清潔或改變所述空氣凈化裝置的任何部件，在大致連續(xù)使用60天后，所述凈化效率特性下降小于10％并且所述背壓特性增加小于10％；或其中在它們從所述輸入空氣流中接受微粒后，所述流體液滴被積聚進(jìn)一堆流體中，其被再循環(huán)回到所述至少一個(gè)噴嘴，并且所述流體液滴的表面被有效更新來用于荷電的每個(gè)周期，從而在所述流體變得足夠臟使得其表面不能荷有足夠的電荷來吸引具有期望的凈化效率的所述微粒之前，允許所述流體在至少4個(gè)月的延長期限內(nèi)使用；或其中所述流體顯示具有小于10-4歐姆-1米-1的電導(dǎo)率；或其中所述流體顯示具有大于0.1秒的馳豫時(shí)間。
3.空氣凈化裝置，其包括腔室，輸入空氣流流進(jìn)其內(nèi)，所述輸入空氣包含多個(gè)微粒，所述輸入空氣在所述腔室內(nèi)被凈化后成為輸出空氣流；至少一個(gè)噴嘴，通過所述噴嘴流體被噴射進(jìn)所述腔室中，所述流體被荷電，所述流體在排出所述至少一個(gè)噴嘴時(shí)被分離成多個(gè)液滴；和所述腔室被設(shè)置以使所述輸入空氣流和所述荷電流體液滴在混合空間混合，其中所述多個(gè)微粒被吸引到所述荷電液滴上，從而從所述輸入空氣中去除所述多個(gè)微粒的一部分，所述輸入空氣因而成為所述輸出空氣流；所述空氣凈化裝置的特征在于當(dāng)所述輸入空氣流以大致2.54米每秒(500fpm)的空氣流速流經(jīng)所述腔室的所述混合空間時(shí)，依照ASHRAE塵點(diǎn)試驗(yàn)的所述多個(gè)微粒在小于0.1英寸水柱的背壓下被以大于85％的凈化效率從所述輸入空氣中被凈化，并且基本上不會改變所述輸入空氣的溫度和濕度。
4.如權(quán)利要求3所述的空氣凈化裝置，其中在它們從所述輸入空氣流中接受微粒后，所述流體液滴被積聚進(jìn)一堆流體中，其被再循環(huán)回到所述至少一個(gè)噴嘴，并且所述流體液滴的表面被有效更新來用于荷電的每個(gè)周期，從而在所述流體變得足夠臟使得其表面不能荷有足夠的電荷來吸引具有期望的凈化效率的所述微粒之前，允許所述流體在至少4個(gè)月的延長期限內(nèi)使用；或其中所述流體顯示具有小于10-4歐姆-1米-1的電導(dǎo)率；或其中所述流體顯示具有大于0.1秒的馳豫時(shí)間。
5.空氣凈化裝置，其包括腔室，輸入空氣流流進(jìn)其內(nèi)，所述輸入空氣包含多個(gè)微粒，所述輸入空氣在所述腔室內(nèi)被凈化后成為輸出空氣流；至少一個(gè)噴嘴，通過所述噴嘴流體被噴射進(jìn)所述腔室中，所述流體被荷電，所述流體在排出所述至少一個(gè)噴嘴時(shí)被分離成多個(gè)液滴；和所述腔室被設(shè)置以使所述輸入空氣流和所述荷電流體液滴在混合空間混合，其中所述多個(gè)微粒被吸引到所述荷電液滴上，從而從所述輸入空氣中去除所述多個(gè)微粒的一部分，所述輸入空氣因而成為所述輸出空氣流；所述空氣凈化裝置的特征在于當(dāng)所述輸入空氣流以大致0.4572米每秒(90fpm)的空氣流速流經(jīng)所述腔室的所述混合空間時(shí)，尺寸大致為0.3微米的所述多個(gè)微粒在小于0.8英寸水柱的背壓下被以大致99.97％的凈化效率從所述輸入空氣中凈化，并且基本上不會改變所述輸入空氣的溫度和濕度。
6.如權(quán)利要求5所述的空氣凈化裝置，其中，所述背壓小于0.2英寸水柱；或其中，當(dāng)所述輸入空氣流顯示具有大于一百萬粒每立方米的微粒密度時(shí)，不用清潔或改變所述空氣凈化裝置的任何部件，在大致連續(xù)使用60天后，所述凈化效率特性下降小于10％并且所述背壓特性增加小于10％；或其中在它們從所述輸入空氣流中接受微粒后，所述流體液滴被積聚進(jìn)一堆流體中，其被再循環(huán)回到所述至少一個(gè)噴嘴，并且所述流體液滴的表面被有效更新來用于荷電的每個(gè)周期，從而在所述流體變得足夠臟使得其表面不能荷有足夠的電荷來吸引具有期望的凈化效率的所述微粒之前，允許所述流體在至少4個(gè)月的延長期限內(nèi)使用；或其中所述流體顯示具有小于10-4歐姆-1米-1的電導(dǎo)率；或其中所述流體顯示具有大于0.1秒的馳豫時(shí)間。
7.單通路空氣凈化裝置，其包括腔室，輸入空氣流流進(jìn)其內(nèi)，所述輸入空氣包含多個(gè)微粒，所述輸入空氣在所述腔室內(nèi)被凈化后成為輸出空氣流；至少一個(gè)噴嘴，通過所述噴嘴多個(gè)小固體物體被噴射進(jìn)所述腔室中，所述固體物體被荷電；和所述腔室被設(shè)置以使所述輸入空氣流和所述荷電固體物體在混合空間混合，其中所述多個(gè)微粒被吸引到所述荷電固體物體上，從而從所述輸入空氣中去除所述多個(gè)微粒的一部分，所述輸入空氣因而成為所述輸出空氣流；所述空氣凈化裝置的特征在于當(dāng)所述輸入空氣流流經(jīng)所述腔室的所述混合空間時(shí)，顯示具有亞微米尺寸的所述微粒的很大一部分從所述輸入空氣中被凈化，并且基本上不會改變所述輸入空氣的溫度和濕度，并且其中所述固體物體不進(jìn)行再循環(huán)。
8.如權(quán)利要求7所述的單通路空氣凈化裝置，其中所述微粒包括生物危害性材料，并且所述非再循環(huán)的固體物體在送經(jīng)混合空間后被貯存在防生物危害容器中；或其中在所述空氣凈化裝置被首先投入運(yùn)行后，以足夠快的速率提供足夠數(shù)量的所述固體物體從預(yù)定的空間有效地凈化幾乎所有感興趣的所述微粒；或其中所述固體物體為以下兩者之一(a)半導(dǎo)電的，和(b)絕緣的。
9.空氣凈化裝置，其包括腔室，輸入空氣流流進(jìn)其內(nèi)，所述輸入空氣包含多個(gè)微粒，所述輸入空氣在所述腔室內(nèi)被凈化后成為輸出空氣流；至少一個(gè)噴嘴，通過所述噴嘴流體被噴射進(jìn)所述腔室中，所述流體被荷電，所述流體在排出所述至少一個(gè)噴嘴被分離成多個(gè)液滴，和所述腔室被設(shè)置以使所述輸入空氣流和所述荷電流體液滴在混合空間混合，其中所述多個(gè)微粒被吸引到所述荷電液滴上，從而從所述輸入空氣中去除所述多個(gè)微粒的一部分，所述輸入空氣因而成為所述輸出空氣流；所述空氣凈化裝置的特征在于當(dāng)所述輸入空氣流流經(jīng)所述腔室的所述混合空間時(shí)，所述多個(gè)微粒被以壓力調(diào)節(jié)效率(PAE)從所述輸入空氣中凈化，所述壓力調(diào)節(jié)效率代表凈化效率百分?jǐn)?shù)除以所述背壓，其在所述空氣凈化裝置連續(xù)使用兩個(gè)月后偏離不超過25％。
10.如權(quán)利要求9所述的空氣凈化裝置，其中，當(dāng)所述輸入空氣流顯示具有大于一百萬粒每立方米的微粒密度時(shí)，不用清潔或改變所述空氣凈化裝置的任何部件，在大致連續(xù)使用60天后，所述凈化效率特性下降小于10％并且所述背壓特性增加小于10％；或其中在它們從所述輸入空氣流中接受微粒后，所述流體液滴被積聚進(jìn)一堆流體中，其被再循環(huán)回到所述至少一個(gè)噴嘴，并且所述流體液滴的表面被有效更新來用于荷電的每個(gè)周期，從而在所述流體變得足夠臟使得其表面不能荷有足夠的電荷來吸引具有期望的凈化效率的所述微粒之前，允許所述流體在至少4個(gè)月的延長期限內(nèi)使用；或其中所述流體顯示具有小于10-4歐姆-1米-1的電導(dǎo)率；或其中所述流體顯示具有大于0.1秒的馳豫時(shí)間。
全文摘要
一種從空氣中去除微粒的裝置，其包括一個(gè)用于接受空氣流的進(jìn)氣口，一個(gè)同進(jìn)氣口保持流體相通的第一腔室，其中具有第一極性的半導(dǎo)電流體液滴的荷電噴霧被引入到空氣流中以便微粒被靜電吸引到噴霧液滴并滯留其上，和一個(gè)與第一腔室保持流體相通的出氣口，其中空氣流排出該裝置后基本不含微粒。該裝置的第一腔室還包括一個(gè)用于吸引噴霧液滴的收集面、一個(gè)電源和一個(gè)連到電源上用于接受流體并從其產(chǎn)生噴霧液滴的噴霧嘴。該裝置也可包括一個(gè)與在第一末端的進(jìn)氣口和在第二末端的第一腔室保持流體相通的第二腔室，其中，在空氣流中夾帶的微粒在空氣流進(jìn)入第一腔室之前被荷上與第一極性相反的第二極性電荷。
文檔編號B03C3/16GK1575206SQ02821369
公開日2005年2月2日 申請日期2002年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月29日
發(fā)明者A·D·維利, V·賈茨坦恩, C·B·高 申請人:寶潔公司