CN101010142B - 空气净化器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空气净化装置,该装置包括:具有一开口的壳体、紧邻所述开口铰连到所述壳体上的臂部件以及用于在其中接纳过滤器元件的盘状部件,其中,该盘状部件包括穿孔的底壁以及用于与所述臂部件滑动地接合的装置。利用所述盘状部件,所述过滤器元件可以可拆卸地插入所述空气净化装置。

Description

空气净化器
相关申请的交叉参考
本申请要求于2004年7月22日申请的美国专利申请No.10/897,993的权益,所述美国申请的整体结合于此以作参考。
技术领域
本发明涉及空气净化装置,尤其涉及用于除去气流中所携带的颗粒的颗粒沉积装置(particle precipitation devices)。
背景技术
传统的空气净化器例如过滤空气净化器(FAC)通过在过滤器中捕集颗粒来从空气中除去颗粒。其它空气净化器,例如静电沉积空气净化器(ESPAC),通过在充电的收集表面上——通常是连接到高压的一个或多个金属板上——收集颗粒,来实现从空气中除去颗粒。一旦捕集的颗粒集满,则可丢弃、冲洗或替换过滤器或板,从而必须可方便地和安全地接近过滤器或板。
FAC存在一些缺陷,包括随着过滤器逐渐被收集的颗粒堵塞气流明显减少;由于过滤器两端的显著压降而需要大功率风扇(与较小功率的风扇相比,大功率风扇还将产生更多噪声并消耗更多功率);以及需要定期更换过滤器。
FAC的一些缺陷被ESPAC克服。因为ESPAC可在较低的压降下运行,所以ESPAC可利用功率较低的风扇来运行,从而减小产生的噪声以及消耗的功率。另外,ESPAC的收集板可被冲洗或擦拭以清除颗粒并可重复使用而无需更换。
但是,ESPAC需要屏蔽以保护用户不受施加在金属收集板上的高压(例如数千伏)的影响。即使在电源关断之后,仍存在被板上存储的电荷电击的危险。为了安全地取出用于净化的收集板,常常提供联锁机构以在用户可能接近收集板之前使该板自动放电。此外,金属板之间的电击穿和泄漏会造成效率损失并生成臭氧。增加板之间的间距将减少空气中的电击穿但是也会降低效率。
美国专利No.6,749,669(下文为“‘669专利”)说明了传统ESPAC的一些缺陷。‘669专利描述了一种用于除去空气中携带的颗粒的颗粒沉积装置,该装置包括空气可比较自由地从中通过的通道阵列。该通道设置在导电材料制成的薄板之间,向该薄板交替地施加高电位和低电位,以便在阵列中提供带电位置(charged site)以用于从其中通过的空气中收集颗粒。提供风扇以产生通过所述通道的气流。所述通道优选地由带凹槽的塑料制薄板提供,该薄板优选地在其相对外表面上具有导电材料。带凹槽的塑料薄板例如可一个覆盖在另一个之上,波纹管式折叠,形成螺旋状或形成为设置成圆圈的同心薄板阵列。
‘669专利还说明了使用由高阻抗导电材料制成的电极在空气通道两端施加电位。不同于低阻抗金属板,高阻抗电极会限制电流,从而减小用户发生电击事故的危险。
发明内容
在示例性实施例中,本发明提供了一种改进的用于静电沉积空气净化装置的过滤器元件,该过滤器元件包括设置成通过交替的带凹槽塑料薄板和平板电极的叠层的杆电极。设置相继的平板电极以交替地与所述杆电极中的一个或另一个接触。在示例性实施例中,所述平板电极和杆电极分别由高阻抗材料例如纸或塑料制成。
在本发明的另一方面,提供了用于将过滤器元件可拆卸地插入空气净化装置的结构的示例性实施例。该示例性结构还可在过滤器元件和空气净化装置之间提供可拆卸的电接触。
本发明的这些以及其它方面如下所述。
附图说明
图1示出根据本发明的空气净化装置的示例性实施例的示意图;
图2示出根据本发明的空气净化装置的示例性实施例的电离板和针电极阵列;
图3A示出根据本发明的空气净化装置的过滤器元件的示例性实施例的等轴测视图,图3B示出其局部分解等轴测视图;
图4A、4B和4C示出图3A和3B的过滤器的横截面视图;
图5示出根据本发明的用于将过滤器元件可拆卸地插入空气净化装置的示例性实施例的结构;
图6示出根据本发明的用于向过滤器元件提供电接触的电接触结构;
图7示出根据本发明的空气净化装置的示例性实施例的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出根据本发明的空气净化装置100的示例性实施例。箭头指示通过空气净化装置100的空气流动。空气净化装置100包括具有空气入口112的壳体110,该入口通常沿壳体的下部部分设置,优选地入口112设置成围绕壳体360度。
在壳体内位于入口112的下游设置有一电离板115。电离板115包括多个允许空气从中通过的开口,下文将更详细地说明电离板。在电离板的下游设置有针电极117的阵列。
在针电极117的下游设置有一预滤器122,在预滤器122的下游设置有一过滤器125。过滤器125可如标题为AIR CLEANING DEVICE的美国专利No.6,749,669(下文被称为“‘669专利”)所述地实现,该专利全文结合于此以作参考。预滤器122和过滤器125优选地可容易地从空气净化装置100取下并替换。下文将进一步说明用于这样做的结构。
过滤器125包括第一和第二电极126和127。下文将更详细地说明电极126、127和过滤器125的示意性构造。
在过滤器125的下游设置有一风扇130,在风扇的下游且在壳体110的顶部或附近设置有空气出口132。控制面板(未示出)可设置在壳体110上的任何地方,优选地在便于用户接近的地方例如在壳体的顶部上或附近。
在壳体内设置有一对电极145和146,该对电极紧邻空气出口132并突入气流路径。电极145具有一尖端而电极146具有一钝端。
电源部件150(其通常设置在壳体110内,但是为了清楚起见示出为在壳体外部)相对于接地基准(ground reference)生成正高压或负高压,该电源部件的电压和接地耦合到空气净化装置100的各个元件。在示出的示例性实施例中,电源部件150的负高压(V-)输出耦合到针电极117的阵列、过滤器125的第一电极126以及尖电极145,而电离板115、过滤器125的第二电极127以及钝电极146接地。在示例性实施例中,高压的幅值优选地在大约5kV到18kV的范围内(例如,V-大约为-8kV)。
尽管示出的是具有垂直构造的空气净化装置,但是本发明并不局限于任何具体构造。此外,示出的一些元件的相对设置(例如,风扇相对于其它元件)并不限制本发明。在可选实施例中,风扇还可设置在电离板和过滤元件的上游。
在图7示意性地示出的空气净化装置700的另一可选实施例中,气流可大致为水平,各个部件成水平构造地设置在壳体710内。在示出的示例性实施例中,通过使用贯流式风机730,空气被抽入空气净化装置700并被推进。
在运行时,风扇130吸引空气向上通过壳体110的内部,经由空气入口112将空气吸入壳体,向上通过电离板115,越过针电极117,通过预滤器122和过滤器125,越过电极145、146并通过出口132离开壳体。图1中的箭头示出空气的流动。
图2为电离板115和针电极117阵列的示意性的等轴测视图。在所示的示例性实施例中,电离板115包括其中具有圆形开口115a的3×3阵列的、大致为正方形的导电板。针电极117设置在每个开口115a的上方(或下游),大致与每个开口的中心点对齐。电离板115和针电极117可由高或低阻抗材料制成,但是由于在电离板和针电极之间会因电晕放电而存在一些电流,所以优选地采用低阻抗材料(例如金属)。
如上所述,针电极117耦合到负高压而电离板接地。当携带颗粒的空气被向上抽吸通过开口115a并通过针电极117时,大部分颗粒获得负电荷。当携带颗粒的空气继续向上行进时,在气流进入过滤器125之前预滤器122会从气流中除去大的颗粒。
进入过滤器125的气载颗粒的大部分沉积在该过滤器中。通过过滤器125的空气在从出口132离开装置之前继续向上通过风扇130和针电极145、146。针电极145、146用于电离流出的空气。
图3A和3B中更详细地示出过滤器125。图3A是过滤器125的等轴测视图,其中一些尺寸扩大以便更清楚地示出相关特征。在示例性实施例中,过滤器125包括多个带有凹槽的(fluted)、双壁的、由塑料压制的薄板301。每个薄板301具有多个延伸通过其中的基本平行的凹槽302,并且薄板301的朝向设定成使得凹槽302与气流(箭头所示)对齐。‘669专利中说明了其它细节和可选实施例。
图3B示出过滤器125的分解等轴测视图,其示出过滤器的其它特征。每个薄板301大致为矩形,并包括与薄板的两条短边中的每一个紧邻并且在薄板的长边之间基本等距的开口303。开口303的形状形成为可接纳电极126、127,该电极在所示实施例中为杆状(并且因此被称为杆电极126、127)。当薄板301堆叠在一起时,开口303对齐,使得杆电极126、127可插入薄板301的叠层。或者,薄板301可堆叠在杆电极126、127上。
如图3B中进一步示出的,在相邻的薄板301之间设置有平板电极305。每个平板电极305的形状均类似于薄板301的形状但较小。在所示的示例性实施例中,薄板301和平板电极305为矩形,平板电极至少在长度方向上比薄板小。每个平板电极305包括与平板电极的一端紧邻的开口306。当平板电极305的开口306与薄板301的开口303对齐时,平板电极不会到达薄板301的另一个开口303,并且在平板电极和另一个开口之间存在间距。
平板电极305可包括低或高阻抗材料。在示例性实施例中,平板电极305由文件纸等制成。
如图3B所示,平板电极305交替地设置在薄板301之间,其中每个相继的平板电极的开口306与交替的薄板301的开口303对齐。结果,当杆电极127插入薄板301和平板电极305的叠层时,杆电极127从第一个平板电极305开始每隔一个与平板电极305接触(即平板电极305.1,305.3,305.5等),而杆电极126从第二个平板电极305开始每隔一个与平板电极接触305(即平板电极305.2,305.4,305.6等)。
结果,当杆电极126耦合到V-,杆电极127接地时,在每个薄板301的相对壁之间即跨越每个薄板的厚度建立电场。当气载颗粒流过薄板301的凹槽302时,它们沉积在凹槽302的壁上。
图4A示出图3A的过滤器125的剖面A-A。图4A示出相继的平板电极305交替地连接到杆电极126和127。如图4A所示,每个平板电极305仅与杆电极126、127中的一个接触。每个平板电极305可嵌入或被相邻薄板301之间的粘合剂层307等围绕。
图4B示出图3A的过滤器125的剖面B-B。如图所示,每个平板电极305和薄板301为矩形,平板电极305比薄板301短以避免与电极126和127接触。另外,在平板电极305和薄板301的边缘之间应具有足够的间隙以便防止相继平板电极之间的充电泄漏。
在如图4C所示的可选实施例中,平板电极305的尺寸可制成为基本接近薄板301的尺寸以提供更好的电场特性。在此实施例中,通过使平板电极305设置有围绕杆电极(126)的开口307来避免与杆电极126、127中的一个(图中为126)接触。开口307应在杆电极(126)周围提供足够的间隙以避免在平板电极305和杆电极(126)之间发生充电泄漏。
图3B和4B更详细地示出杆电极126、127。如图3B所示,每个杆电极126、127包括延长部分126b、127b,该部分延伸进入并通过薄板301和平板电极305的叠层。另外,杆电极126、127中的每一个包括头部部分126a、127a,该头部部分保持暴露并用作被施加高电压或地电位的接触点(下文将更充分地说明)。
杆电极126、127可以具有高阻抗或低阻抗,并且可由任何合适的导电材料制成。在示例性实施例中,杆电极126、127由导电塑料制成并具有高阻抗(例如,在其长度上为兆欧级)。可使用多种用于将杆电极126、127连接到过滤器体部的手段,包括粘合剂等。在示例性实施例中,杆电极的延长部分126b和127b优选地制成为比薄板301和平板电极305的叠层长。当杆电极126、127由导电塑料制成时,延长部分126b、127b的突出端可被熔化或模制以形成止动部,从而可将薄板和电极的叠层拦截在止动部和电极头部部分126a、127a之间,并防止杆电极126、127被从所述叠层拉出。
图4B示出杆电极的延长部分126b、127b的示例性剖面。如图4B所示,杆电极的延长部分126b、127b具有类似于数字8或“狗骨”的横截面。与类似尺寸的椭圆形横截面相比,类似于数字8的横截面可提供更大的用于杆电极126、127与平板电极305接触的表面积。其它可使用的横截面包括Y形或星形(具有四个或更多个突出部)、多边形(例如正方形、六边形)。平板电极305中的相应的开口306优选地小于杆电极126、127的横截面,以便在它们之间提供良好的电接触和机械接触。例如,开口306可以为圆形,而杆电极126、127的横截面可为正方形并且在平直的侧边上具有三角形突出部,所述突出部在插入开口306时会刺破或使平板电极305变形。
在本发明的另一个方面,提供了一种用于将过滤器元件125可拆卸地插入空气净化装置100的结构。这种结构在图5中示出。
如图5所示,空气净化装置100的壳体110具有开口505,通过该开口可将过滤器125(预滤器122)插入空气净化装置100或从该装置取出。紧邻开口505的第一边缘,在壳体上铰接有一臂510。在示出的示例性实施例中,臂510大致为矩形并沿所述臂的较短边铰接到壳体110上。
在图5的结构中设置有一可拆卸的盘状部件520,该盘状部件适于可滑动地与臂510接合。在示出的示例性实施例中,盘状部件520沿其一侧包含导槽元件522和524,该导槽元件允许盘状部件通过可滑动地与臂510接合而滑动到该臂上。本发明还设想,臂510以及盘状部件520上的用于可滑动地与臂接合的互补部件具有很多构造(例如,臂510可以是圆柱形,并且在盘状部件的侧壁上设置一互补套管以便在其中接纳圆柱形臂)。
盘状部件520包括一开口顶面,通过该开口顶面可将预滤器122和过滤器125放置在盘状部件内。盘状部件520的底壁穿孔,从而在支承预滤器122和过滤器125的同时允许空气从中流过。盘状部件520的内部形状和尺寸优选地为在其中密合地容纳过滤器125。
为了将过滤器125和预滤器122安装在空气净化装置100内,将预滤器122放置在盘状部件520内,并将过滤器125放置在预滤器122上方并使其位于盘状部件内。盘状部件520然后滑到被铰接的臂510上。当完全接合到臂510上时,盘状部件520和臂510转到壳体110内,由此将过滤器125和预滤器122放置在壳体内并放置在空气流动的路径上(如图1示意性地示出)。盘状部件520可包括手柄525或类似部件以有助于滑动和转动操作。
可拆卸的面板540可连接到壳体110以覆盖开口505。面板540优选地联接到开关机构,因此只有当面板540处于合适位置时空气净化装置100才能运行。
从空气净化装置100中取出过滤器125和预滤器122需要颠倒上述过程。
如上所述,过滤器125包括杆电极126、127。图5的结构包括电接触部件,该部件用于在可拆卸的过滤器125和位于空气净化装置100内的电源部件150之间提供电连接。如图5所示,盘状部件520包括沿该盘状部件的一个壁的内表面设置的电触点526和527。电触点526和527设置成当过滤器125位于盘状部件520内时,电触点526和527与过滤器125的杆电极126、127的暴露的头部部分126a、127a接触。
图6是更详细地示出电触点526、527的局部横截面视图。如图6所示,电触点526、527包括内部部分526a、527a,该部分突入盘状部件520内部以与过滤器杆电极126、127接触。电触点还包括外部部分526b、527b,该部分位于盘状部件的壁的外表面上。当盘状部件520完全插入壳体110时(即当其完全滑到臂510上并且该组件被完全转到壳体内时),电触点的外部部分526b、527b分别与壳体110内设置的触点576、577电接触(见图5)。触点576和577分别耦合到电源部件150的高压输出和接地电位。同样,当过滤器元件125完全插入盘状部件520并且盘状部件完全插入壳体110时,从而实现过滤器125与高压(V-)和接地电位的电连接。
触点526、527和576、577可由高阻抗或低阻抗材料(例如金属)制成。在示例性实施例中,触点526、527和576、577优选地由弹簧钢制成,并且其形状为可在相互接触以及与过滤器元件125的杆电极126、127接触时提供弹性偏压。在可选实施例中,触点可包括导电的密闭泡沫塑料,其具有弹性并且类似于弹簧钢触点,可提供用于实现良好接触的弹性偏压。
应理解,尽管上文结合优选实施例说明了本发明,但是该说明仅是示例性的而不限制本发明的范围,本发明的范围由所附权利要求限定。实际上,除了文中所述之外,本领域的技术人员可从前文的说明和附图中清楚地看到本发明的许多变型。这种变型也落在所附权利要求的范围内。
还应理解,所有值在某种程度上是大概的,并且用于说明。
此申请中引用的任何专利、专利申请以及公开文件的公开全文结合于此作为参考。

Claims (13)

1.一种空气净化装置,该装置包括:
壳体,该壳体具有一开口;
臂部件,该臂部件紧邻所述开口铰连到所述壳体上;
用于在其中接纳过滤器元件的盘状部件,该盘状部件包括:
穿孔的底壁;以及
用于与所述臂部件滑动地接合的装置。
2.根据权利要求1所述的空气净化装置,其特征在于,所述盘状部件包括用于与所述过滤器元件上的各个触点电接触的电触点。
3.根据权利要求2所述的空气净化装置,其特征在于,当所述盘状部件位于所述空气净化装置内时所述电触点与所述空气净化装置中的各个触点接触。
4.根据权利要求1所述的空气净化装置,其特征在于,所述过滤器元件包括:
多个板状部件,每个板状部件包括第一壁和第二壁,该第一壁和第二壁相互分隔开以便空气可以在所述第一壁和第二壁之间流动;
多个平板电极;
第一杆电极;以及
第二杆电极,
其中,所述多个板状部件和平板电极交替地设置成叠层,
所述第一杆电极和第二杆电极横穿所述叠层,并且
相继的平板电极交替地与所述第一杆电极和第二杆电极中的一个接触。
5.根据权利要求4所述的空气净化装置,其特征在于,所述板状部件包括带凹槽的塑料薄板。
6.根据权利要求4所述的空气净化装置,其特征在于,所述平板电极由高阻抗材料制成。
7.根据权利要求6所述的空气净化装置,其特征在于,所述高阻抗材料包括纸。
8.根据权利要求4所述的空气净化装置,其特征在于,所述杆电极由高阻抗材料制成。
9.根据权利要求8所述的空气净化装置,其特征在于,所述高阻抗材料包括塑料。
10.根据权利要求4所述的空气净化装置,其特征在于,所述板状部件和所述平板电极的形状类似,并且所述平板电极小于所述板状部件。
11.根据权利要求10所述的空气净化装置,其特征在于,所述板状部件和所述平板电极大致为矩形。
12.根据权利要求1所述的空气净化装置,其特征在于,该空气净化装置还包括:
风扇;以及
电离器,
其中,所述风扇设置在所述过滤器元件的下游,所述电离器设置在所述风扇的下游。
13.根据权利要求12所述的空气净化装置,其特征在于,该空气净化装置包括设置在所述过滤器元件的上游的放置在所述盘状部件内的预滤器。
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