一體化結構的靜電集塵過濾器及其駐極處理工藝的製作方法

2023-10-08 21:10:24 3

專利名稱：一體化結構的靜電集塵過濾器及其駐極處理工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及過濾器產品技術領域，特指一種一體化結構的靜電集塵過濾器，其用於淨化空氣中的顆粒物粉塵，可應用於家用空氣淨化器、中央空調、真空吸塵器、工業環境淨化設備，特別適用於低風阻、高效率的需求場合。當孔板材料使用耐腐蝕、耐高溫的氟塑料時，本發明還可用於腐蝕、高溫的氣體處理場合。
背景技術：
目前對空氣中的顆粒物淨化技術，主要有兩種方式一、採用無紡布纖維濾紙摺疊構成的過濾器，以HEPA (High Efficiency Particulate Air filter高效空氣過濾器)過濾器為代表，通過篩分、橋塞、衝擊粘附、靜電駐極纖維電場吸附等方式攔阻顆粒物，具有結構簡單、效率高等特點，得到廣泛成熟的應用。HEPA過濾器的缺點是1)較大風阻，通過預設的風量需要更大功率的風機，能耗高、噪音大。2)過濾器需要定期更換，不可重複使用，增加應用成本。二、靜電集塵方式，以ESP(Eletrostatic Precipitator，靜電除塵器)電暈-收集方式為代表的靜電集塵方式，以其風阻低、可再生使用的特點，同樣也得到了廣泛的應用。 但是ESP同樣有著難以克服的缺點1)電暈放電會產生臭氧，儘管可以使用臭氧催化過濾器控制，但還是存在超出日趨要求嚴格的濃度控制指標範圍的可能，危害人身健康。2)電極間的輕微打火放電聲，一直為用戶所詬病，對產品的使用安全性產生擔憂。3)由於受到開放式結構的擊穿電壓限制，EPS的單次過濾效率較低。4)需要複雜的高壓供電電源和高壓安全防護措施，增加設備成本。5)EPS結構，特別是線板式結構十分脆弱，清洗過程容易造成損壞。針對靜電集塵式淨化器的不足，中國專利申請號為00806175.0的發明專利申請公開說明書，其公開了一種「空氣淨化設備」，該空氣淨化設備就是採用靜電集塵式淨化設備。其採用的技術方案是一種用於除去氣流中攜帶的顆粒沉積設備包括氣流可相對較自由地通過的孔洞的陣列，孔洞是在塑料壁之間提供的；用於迫使氣流通過陣列的裝置，所述塑料壁具有與其接觸的導電材料區域；以及用於交錯地向絕緣的導電材料區域施加高和低電位以提供在陣列中的充電場所，從而從氣流收集顆粒的裝置。上述專利方案中提出了一系列結構和組合方式，其中在「塑料雙壁波型板材的兩面敷設電極，進行交錯疊加」的方式是重要的實施例，但是仍有許多問題未予以解決，這些問題包括1、使用對稱的內壁光滑的孔板結構，由於法拉第籠效應，不能夠有效捕集不帶電荷(中性)顆粒物，需要依賴負離子發生裝置或降低孔板高度或用更長的孔，這將帶來一系列負面的影響，包括風阻增大、安裝體積過大等問題。2、電極直接同注塑孔板的外部接觸，在孔板存在微孔注塑缺陷的情況下，可能導致電極向空氣或對應內壁的放電，進而產生異味。3、為達到防水和整體結構強度的需求，孔板層間使用的膠黏劑，特別是可能使用對PP材料粘結性能較好的雙組份粘結劑，粘合劑的操作不當可能會使過濾器長時間的存在異味進而造成二次空氣汙染。4、該專利方案中提到的駐極方式，對於其所提及的塑料材料，不能形成可以長期儲存的電荷，這些表面電荷可能將在數天或數周后消失。5、反覆疊加的結構依舊會產生較大的平板電容效應，儘管使用了高阻抗的電極或電極端加入了洩放電阻，但裸露觸點區域在最初的幾秒鐘仍可能有電擊的可能。6、使用了同常規ESP供電方式相同的外部高壓輸入方式，同ESP工作方式一樣，需要複雜的安全電路。7、非密閉結構的組合方式，電極有可能接觸空氣和水氣，老化、漏電，不利於進行重複使用的水洗過程。針對上述問題，本發明人經過不斷的研究、實驗，提出如下解決方案。

發明內容
本發明所要解決的技術問題就在於克服目前同類產品的不足，提供一種可提高捕集效果，並且使用安全、操作簡單的一體化結構的靜電集塵過濾器。為解決上述技術問題，本發明採用了如下的技術方案為該過濾器包括外框和封裝於外框內的主體，所述的主體由多層孔板疊加構成，其中孔板一體成型有供氣體通過的陣列直線或曲線孔洞，所述孔板中的孔洞的上壁與下壁為非對稱結構，上壁與下壁上分布有左右對稱的翅片，於每層孔板的上下表面設置有施加高壓電場的密閉導電膜；用於施加高壓電場的高壓電源被封閉於外框內部，通過置於外框的外部觸點對其低壓供電。進一步而言，上述技術方案中，所述孔板採用添加駐極體材料和負離子發生材料、磁性材料的塑膠微發泡射出成型，且所述孔板所採用的材料內添加有a)以氮氣為微發泡氣體的微孔發泡劑，微孔發泡劑的質量比例為0. 1 10%，並在注塑拉伸作用下形成透鏡型或紡錘形微氣泡；b)添加可增強駐極效果和延長電荷存儲時間的第一添加劑，該第一添加劑包括歧化松香、PVDF, PTFE、硬脂酸鈣、巴西棕櫚酸鋁、鐵電體材料的一種或幾種組合，添加的質量比例0 20% ；c)添加具有天然駐極體特性和負離子發射特性的第二添加劑，包括電氣石粉體或電氣石與鑭系稀土的混合物，質量比例0 15% ；d)添加採用磁性粉體材料的第三添加劑，包括Fe304為主的染料，鐵氧體材料、釹鐵硼可外部磁化的材料，添加質量比例0. 1 5%。進一步而言，上述技術方案中，所述的密閉導電膜採用通過粘結、熱合、超聲方式進行複合形成「膜-電極-膜」複合結構，其中電極通過印刷或真空鍍膜的方式並以設定的圖案在其中一層膜上形成。進一步而言，上述技術方案中，所述膜為薄膜、孔洞膜、微孔膜，其採用PP、PE、PET、 PTFE中任意材料製成；所述電極採用a)低電阻的自癒合真空鍍鋁膜，電阻0. 1 100Ω/ m;b)高電阻可印刷膜，其採用金屬氧化物、碳、高分子導電材料與粘結材料構成，電阻為 10E8 10E11 Ω/m ；其中，所述的高電阻的電極以設定圖案的方式印刷的，圖案為分布有線條邊緣和尖銳芒刺的魚骨型圖案，其電極部分的覆蓋率為10% 90%。
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進一步而言，上述技術方案中，所述的主體中孔板的疊加順序為孔板-低電位的膜電極-孔板-高電位的膜電極-孔板，其中膜電極中的電極邊緣到孔板的邊緣預留0.5 1. 5mm/Kv的安全距離，孔板的駐極符號極性與電極電位對應，相鄰兩孔板採用交錯疊加，交錯角度1 30度。進一步而言，上述技術方案中，於主體設置有一個或數個具有內置負離子發射電極的負離子孔板，該負離子孔板的孔洞中內置負離子發射電極，並且負離子孔板的孔洞為對稱孔結構，在靠近埠的位置安裝由金屬W、Mo、不鏽鋼材質構成的針狀、芒刺裝或使用導電碳纖維製成的絲狀毛刷發射電極，該發射電極距離埠出1.0 1.5mm/KV距離。進一步而言，上述技術方案中，所述的兩相鄰孔板之間採用熱熔膠、粘合劑粘接， 且兩相鄰孔板的邊緣使用熱熔融合粘結，形成封閉邊緣。進一步而言，上述技術方案中，所述的高壓電源安裝在主體非進、出風面任意一側，其中高壓電源的輸出端分別與每一個電極膜的高低電位端通過匯集線相連接，高壓電源的負高壓端與負離子孔板內的負離子發射電極相連接。進一步而言，上述技術方案中，所述的外框採用塑膠或金屬材料，其通過灌裝方式對主體及高壓電源進行整體封裝，即在外框與主體之間形成有封裝層，外框上安裝有向高壓電源供電的插座或觸點。為進一步提高上述技術方案中一體化結構的靜電集塵過濾器的集成效果，本發明同時採用了以下的駐極處理工藝，該駐極處理包括以下三個工藝步驟一、孔板採用注塑機一次注塑成形，同時在注塑過程中對孔板進行材料的駐極和磁化，該過程包括a)在射出模具的出口和冷卻段的入口空間進行正電暈或負電暈一次駐極，使用包括針板、線板、線線、針-介質阻擋板、線-介質阻擋版的方式，駐極電壓差為 10 50Kv ；b)在冷卻段與牽引段中間，採用針板、線板、線線電極結構但與a步驟中極性相反的電暈二次駐極，駐極電壓差為5 30Kv ；c)在切割裝置前端，使用同a步驟相同電極機構、相同極性的電暈進行三次駐極，駐極電壓差為20 70Kv ；d)在進行三次駐極的電暈裝置與切割裝置之間設置有磁化機構，磁場強度0. 1 IOT ；二、對密閉導電膜的駐極處理；將將密閉後的膜電極中的導電膜接入高壓電源，通過由加熱區、冷卻區構成的電場進行連續駐極處理；三、該過濾器整體灌封后，通過駐極裝置進行整體駐極處理，其包括以下步驟首先，通過觸點或插座，向過濾器供電，並且在保持供電的狀態下後續步驟；其次，採用蒸汽或熱空氣對過濾器進行加熱，加熱至70 100攝氏度，並保持0 30min ；然後，使用加熱器將過濾器處於60 80攝氏度溫度下保溫0 60min ；最後，使用空氣或製冷的空氣迅速吹過過濾器中孔板的孔洞，使其冷卻，並保持1 20min。本發明採用上述技術方案後，其提出了一種一體化結構的靜電集塵過濾器 (Uni-ESP)。相對於目前的同類產品，本發明具有如下優點1、孔板的矩形孔洞的上、下孔壁採用非對稱設計，上面分布有翅片結構。非對稱結構的使用，增大了孔洞的內表面積，縮短了內表面壁之間的距離，使得顆粒物可以在更短的行程內與內壁接觸進而被捕集，可以使用儘可能短的孔洞長度，達到高的捕集效能。2、非對稱結構的使用，使內部電場分布不對稱，可以有效捕集未荷電或不易荷電的顆粒物。
3、在本發明中，還可製作具有曲線結構的孔洞結構陣列，當帶有顆粒物的氣體通過時，顆粒物更容易與孔壁接觸，進而被捕集。4、可在構成孔壁和翅片的塑料材料中加入可增強駐極效果和延長電荷存儲時間的添加劑，使通過本發明的顆粒物帶電，進一步提高集塵效果。5、本發明可內置負離子發射裝置，在氣流作用下，發生負離子被擴散到空氣中， 使顆粒物帶電，進一步提高集塵效果。6、本發明還可以在構成孔板的塑料材料中加入磁性材料，經外部磁化形成上下分布的磁場，帶電顆粒在磁場作用下受到洛侖茲力作用向左右發生軌跡偏移，最終被捕集到孔洞的左右內壁表面。這樣一來，本發明同時使用了電場偏移和磁場偏移技術，提高了顆粒物捕集效率，有效利用了孔璧的各個表面，增大了容塵量。另外，本發明為進一步增強集塵效果，針對一般的塑料材料的駐極效果較差和駐極電荷保持時間較短給出了解決方案，其提出了一種駐極處理工藝，該駐極處理工藝是將所使用的孔板材料在注塑過程中直接駐極充電和過濾器整體充電，進一步提升駐極效果。 該駐極處理工藝中採用對孔板的組合駐極充電和磁化技術，採取此方式，可以獲得最大的深層電荷捕集，得到電壓高、持續時間長的駐極體材料，同時獲得均勻的磁場分布。本發明還實施了一種在組裝成一體化結構的靜電集塵過濾器後進行整體駐極的方法，以使得一體化結構的靜電集塵過濾器獲得更佳的性能。為獲得更強的電場並使使用更具安全性，本發明設計了一種三層結構的密閉導電膜。本發明中設計形成的膜結構，使導電膜獲得了充分的絕緣和保護，有效防止了使用過程中和因清洗造成的水進入而導致的絕緣問題，同時保護導電膜在使用過程中不易發生因老化導致的電阻值變化和斷裂。本發明設計了一體化的結構，將高低電位的電極分別匯流後，接入位於非進、出風面任意一側安裝的高壓電源，然後，使用塑膠或金屬外框通過密封膠灌封的方式，形成一體化結構的靜電集塵過濾器，在外框上，安裝有用於向變壓器供電的觸點或插座，形成一體化結構的靜電集塵過濾器(Uni-ESP)。


圖1是本發明的主視結構示意圖；圖2是本發明中孔板的孔洞結構示意圖；圖3是本發明中孔板在生產線進行靜電駐極的示意圖；圖4是本發明密閉導電膜的結構示意圖；圖5是本發明密閉導電膜中電極圖案示意圖；圖6是本發明密閉導電膜的駐極處理示意圖；圖7是本發明的電路連接示意圖；圖8是本發明的負離子孔板的示意圖；圖9是本發明的整體結構駐極工藝示意圖；圖10是帶電粒子在本發明孔洞磁場中偏移軌跡的示意圖；圖Ila-Ilc是本發明其他實施例的孔板內部結構示意圖；圖12是本發明中採用曲線孔洞結構實施例的孔板示意圖13是本發明測試裝置示意圖；圖14是本發明實施例19的CADR變化趨勢圖；圖15是本發明實施例20的表面電位變化趨勢圖；圖16是本發明實施例1-18測試數據記錄表；圖17是本發明實施例19測試數據記錄表；圖18是本發明實施例20測試數據記錄表；
具體實施例方式實施例一本發明是用於靜電集塵式空氣淨化設備的靜電集塵過濾器，見圖1所示，該過濾器包括作為集塵裝置的主體1和用於封裝主體1的外框3構成，其中主體1由多層疊加的孔板10和位於孔板10之間的密閉導電膜20構成。所述孔板10可採用PP (聚丙烯)、PE (聚乙烯)、PC (聚碳酸酯)、PVC (聚氯乙烯)、 PVDF(聚偏氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)等具有駐極性能的材料射出成形。同吋，可在其中添加駐極體材料和負離子發生材料、磁性材料的塑膠微發泡材料。結合圖2，孔板10 —體成型有供氣體通過的陣列直線孔洞110，本實施例中採用平行孔洞110陣列結構，孔洞110 的截面被設計成矩形，且上、下壁111、112不對稱的結構，即在上壁111與下壁112上分布有左右対稱的翅片113。見圖Ila-Ilc所示，本實施例中翅片113的結構可採用各種形式，如單邊形成柱狀翅片113(圖Ila所示)；上下孔壁111、112分別形成交錯的楔形翅片113(圖lib所示)； 上下孔壁111、112分別形成交錯的柱形翅片113(圖Ilc所示)。另外，見圖12所示，孔洞110不但可採用直線型，其也可採用曲線型。本實施例及在後的實施例中，使用此結構的孔板，參數如下材料PP材料，等規度> 95%，比重0. 9g/cm3厚度3_重量290-320g/m2孔洞截面矩形，寬度5mm翅片高度1mm，底部厚度0. 5mm,頂部0. Imm翅片分布上壁1片；下部2片。以此為基礎，通過添加不同的成分和處理工藝，構成實施例中的孔板10，其他材料或成份的添加過程，採用注塑行業通用的公知技術和方法。孔板10採用射出成型，成型後經過冷卻，孔板10將被分切成寬度60mm，長度 550mm矩形片狀材料。參見圖4所示，密閉導電膜20採用的是膜210-電極220-膜210複合結構。膜 210使用PP、PE、PET(聚對苯ニ甲酸乙ニ醇酯)、PTFE等材料製成的薄膜、孔洞膜、微孔膜； 電極220通過印刷或真空鍍膜以設定的圖案方式在其中一層膜上形成，通過粘結、熱合、超聲等方式進行複合，形成膜-電扱-膜結構。具體製作方法可採用採用寬度50mm、厚度 50um的PP膜作為密閉導電膜20的膜210材料，在其上印刷寬度40mm、長度方向的阻值為 200 500ΜΩ/πι導電油墨，作為電極220。使用25um的PP材料膜作為覆膜，通過熱複合的方式形成密閉導電膜20。見圖6所示，密閉導電膜20製作完成後，可對其進行的駐極處理， 以提高本發明過濾器的性能，具體操作過程是將密閉導電膜20中的電極220接入高壓電源231，通過由加熱區232、冷卻區233構成的電場230進行連續駐極處理。其中，高壓電源 231為20KV。駐極處理的時間為在通電狀態下於90°C處理5min，常溫處理lOmin。本發明中，電極220還可採用a、低電阻的自癒合真空鍍鋁膜，電阻0. 1 100 Ω/m。採用這種材料的有益之處在於如果發生極間高壓打火，擊穿點的鋁膜將被迅速蒸發，打火點因導體消失而放電中止，打火現象被中止。隨後，在蒸發點逐漸癒合，形成阻抗更高的導電膜，恢復電極在Uni-ESP的所需性能b、高電阻可印刷膜，其採用金屬氧化物、碳、高分子導電材料與粘結材料構成，電阻為10E7 ΙΟΕΙΟΩ/m。採用這種材料的有益之處在幹，其導電方式為耗散型導電，如果發生極間高壓打火，打火點因電子消耗殆盡而放電中止，打火現象被中止，不會發生持續的局部電弧放電和高溫，保證了使用安全。另外，所述的高電阻的電極以設定圖案的方式印刷的，見圖5所示，該電極220 的圖案為分布有線條邊緣和尖鋭芒刺的魚骨型圖案221，其電極部分的覆蓋率為10% 90%。本發明所設計的魚骨型圖案221電極結構，有益之處在於尖端和邊緣可以提升電場強度，進ー步的，電極20與孔板10外壁之間的微小空隙，可以形成電勢陷阱結構，增強孔板的電荷駐極性能。由上所述可以看出，本發明採用ー種三層結構的密閉導電膜20，採用這種結構設計，使作為電極220的導電膜獲得了充分的絕緣和保護，有效防止了使用過程中和因清洗造成的水進入而導致的絕緣問題，同時保護電極220在使用過程中不易發生因老化導致的電阻值變化和斷裂。使用密閉導電膜20的另一有益之處在幹，因其高絕緣性，進ー步防止了因孔板注塑缺陷可能導致的電極間打火。所述的密閉導電膜20位於孔板10的上下表面，用於施加高壓電場。對密閉導電膜20供電的高壓電源40被封閉於外框3內部，通過置於外框3的外部觸點41對其低壓供電。該高壓電源40安裝在主體1非進、出風面任意ー側。本發明中供電的高壓電源40可以使用常規的高壓電源，特別優選的使用壓電陶瓷變壓器電源。使用壓電陶瓷變壓器高壓電源的有益之處在於，它可以更好的匹配本發明 Uni-ESP的負載特性，同時具有體積小、效率高、無電磁幹擾等優點。具體到本實施例，高壓電源40使用功率為2瓦的陶瓷變壓器電源，輸出高壓可以通過輸入電壓在6 12KV的範圍內調整。外框3採用塑膠或金屬材料，其通過灌裝方式對主體1及高壓電源40進行整體封裝，即在外框3與主體1之間形成有封裝層2，外框3上安裝有向高壓電源40供電的插座或觸點41。本實施例中，孔板10採用PP純料直接射出成型，分切後，與預製的密閉導電膜20 進行交錯疊加，形成49片M對電極結構，厚度約為150mm。相鄰兩孔板10採用重合疊加。 當然，其也可以採用相鄰兩孔板10交錯疊加，交錯角度1 30度，交錯疊加的好處在於相鄰兩孔板10的孔洞110通道方向不同，這樣可以進一歩將各個不同方向進入孔洞110內的顆粒物捕集。
見圖7所示，所述的主體1中孔板10的疊加順序為孔板10-低電位的密閉導電膜20-孔板10-高電位的密閉導電膜20-孔板10，其中密閉導電膜20中的電極220邊緣到孔板10的邊緣預留0. 5 1. 5mm/Kv的安全距離，孔板10的駐極符號極性與電極電位對應。孔板10疊加後形成的主體1在通風面使用熱熔方式進行層間粘結，令兩相鄰孔板 10的邊緣形成封閉邊緣50。具體可採用的方式包括使用火焰、表面超聲、摩擦、熱絲切割等方式，熱熔融合的優選方式之一是熱絲切割。熱熔融合有益之處在幹，可以獲得牢固、美觀的融合面，克服了 PP材料難以粘結的問題。另外，在兩相鄰孔板10之間採用熱熔膠、粘合劑粘接。這樣ー來密閉導電膜20就被完全封閉在兩孔板10之間，可徹底防止外部水的侵入，實現本發明的便於衝洗的功能。高、低電位的密閉導電膜20的電極分別通過採用導電膠構成的電源匯集線60與金屬片匯接，再與高壓電源40連接，高壓電源40的輸出設定為10KV。下面對本實施例進行測試，測試儀器和方法EST102振動式表面靜電場場強測試儀；ANSI AHAM AC-I 標準測試倉；TSI8530顆粒物分析儀；香菸煙霧發生器；功率計(毫瓦級)；API400E (IZS)臭氧分析儀(0. Ippb 解析度)；測試裝置參見圖13，該測試裝置包括外接電源7、以及能夠為CADR(潔淨空氣輸出量值)測試提供MOcfm通過風量的風機5和風道6。在進行臭氧測試時提供50cfm通過風量。CADR測試方法ANSI AHAN AC-I標準，香菸煙霧法；臭氧濃度測試方法UL_867標準；表面電位測試方法距離100mm，20KV檔，多點平均值。見圖13，將製作的本實施例安裝在MOcmf流量的測試風道6上，放入測試艙，測試香菸煙霧的CADR值，同時檢測高壓電源的輸入功率、風機電機的輸入功率，計算CADR值與風機電機輸入功率的能效比值。在輸入電壓10KV，50cmf的風量的測試風道上，測試24h臭氧發生峰值。測試結果見圖16。實施例2與實施例1不同的是，在孔板10射出成型的流程上，進行在線駐極極化。參見圖3所示，孔板10採用注塑機一次注塑成形，同時在注塑過程中對孔板10進行材料的駐極和磁化，該過程包括a、在射出模具12的出口 1201和冷卻段1202的入口空間進行正電暈或負電暈一次駐極121，使用包括針板、線板、線線、針-介質阻擋板、線-介質阻擋版的方式，駐極電壓差為10 50Kv ；b、在冷卻段1202與牽引段1203中間，採用針板、線板、線線電極結構但與a步驟中極性相反的電暈二次駐極122，駐極電壓差為5 30Kv ；C、在切割裝置1204前端，使用同a步驟相同電極機構、相同極性的電暈進行三次。本實施例2採用的駐極極化的參數如下一次駐極位於模具的出口 1201 放電針(正扱)+介質絕緣板(負極)，電壓差 50KV。二次駐極位於生產線中部(即冷卻段1202與牽引段1203)線線式，極性與一次駐極相反，電壓差30KV ；三次駐極生產線後部(切割裝置1204前端)放電針(正扱)+介質絕緣板(負極)，正極電壓20KV，負極電壓40KV。以後部駐極極化的電極位置對應面，標準孔板的駐極極性符號，正極方向標註「 + 」 號，負極方向標準「-」號將駐極後的孔板10分切成疊片尺寸，任意取三片沿中間壁分切，放置ー小時後， 分別放置於表面電場測試臺上，測試左中右三點的表面靜電電壓，數據取平均值，見圖16 所示。按實施列2的方式製作過濾器，所不同的是孔板的「 + 」標註面與高電位密閉導電膜對應，反之亦然。進行CADR和臭氧測試，測試結果見圖16所示。實施例3本實施例與實施例1不同的是，孔板10採用了發泡エ藝。見圖2所示，孔板10採用的材料內添加有以氮氣為微發泡氣體的微孔發泡劑， 發泡比例為0. 1 10%，並在注塑拉伸作用下形成透鏡型或紡錘形微氣泡102。本實施例 3採用注塑行業公知的エ藝技木，在PP原料中混入0. 2%的偶氮類微發泡劑，進行發泡注塑。形成的孔板10發泡量5%，直徑5-20um，泡體在拉伸作用下形成橢球形或透鏡形微氣泡102，孔板10厚度約為3. 1mm。本實施例是在實施例1的基礎上，以適當方式在孔板10的塑料材料中分布有微氣泡，形成PP孔洞膜(Cellular PP)材料，在通過適當的方式充電後，形成的宏觀偶極子，具有目前已知材料中最強的靜電駐極性能。本實施例所產生的好處在於對孔板10進行發泡處理，發泡在孔壁上形成微凸起，進ー步増大了孔壁的比表面積，有利於顆粒物的收集。使用發泡技木，可以減少塑料材料的使用量，符合環保需求，減輕本發明的整體重量。其他步驟與實施例1相同，將製作的過濾器進行測試，測試結果見圖16。實施例4本實施例是在實施例3的エ藝條件基礎上，以實施例2的參數進行靜電駐扱。艮ロ， 本實施例中的孔板10採用了發泡材料，同時在射出成型過程中進行了在線靜電駐極エ藝。 測量本實施例4中孔板10表面電位，並對其製作過濾器進行測試，測試結果見圖16。實施例5以實施例4的方式製作過濾器，測試CADR值時，高壓電源不供電。對本實施例進行測試可以發現，本實施例即便在非供電狀態，仍具有一定的集塵效果。測試結果見圖16。實施例6本實施例是在實施例3的基礎上，在孔板10的製作材料中添加可增強駐極效果和延長電荷存儲時間的第一添加劑103，見圖1所示。該第一添加劑103包括歧化松香、 PVDF, PTFE、硬脂酸鈣、巴西棕櫚酸鋁、鐵電體材料的ー種或幾種組合，該第一添加劑103的
11添加質量比例0 20%。具體而言，本實施例6是將粒徑5um的鈦酸鋇陶瓷粉體和歧化改性松香加入到孔板10的主材料PP材料中，通過螺杆擠出機造粒形成母料，再將母粒、微孔發泡劑與PP原料混合，在注塑機上射出成型，成型孔板的微孔發泡劑、第一添加劑103成分的質量比例為微發泡劑0.2%鈦酸鋇陶瓷粉體2%歧化改性松香以實施例2的駐極參數在線駐極，測量表面電位，製成過濾器，測試CADR和臭氧量。測試結果見圖16。實施例7在實施例6的基礎上，添加具有天然駐極體特性和負離子發射特性的第二添加劑 104，參見圖1。該第二添加劑104包括電氣石粉體或電氣石與鑭系稀土的混合物，該第二添加劑104的添加質量比例0 15%。具體本實施例中，所添加的第二添加劑104為4% 的電氣石微分，粒徑10um。將本實施例以實施例2的駐極參數在線駐極，測量表面電位，製成過濾器，測試 CADR和臭氧量。測試結果見圖16。實施例8在實施例7的基礎上，進ー步添加採用磁性粉體材料的第三添加劑105，見圖1所示。該第三添加劑105包括Fe304為主的染料，鐵氧體材料、釹鐵硼可外部磁化的材料，其添加質量比例0. 1 5%。具體本實施例中，在母粒製作的過程中，同時加入0. 3%粒徑100 200nm分布的 !^304粉體。參見圖3，在孔板10的射出生產線的末端，在進行三次駐極123的電暈裝置與切割裝置1204之間設置有磁化機構，磁場強度0. 1 10T，本實施例採用的磁極化強度為 0.2T。通過對置與孔板10上下的磁極進行磁化。見圖2、10所示，本實施例中，在孔板10 形成孔洞110的塑料材料中加入了磁性材料，經外部磁化形成上下分布的磁場100，帶電顆粒51、52在磁場作用下受到洛侖茲力作用向左右發生軌跡偏移，最終被捕集到孔洞的左右內壁114表面。本實施例是在實施例1的基礎上實施了ー種PP孔板的組合駐極充電和磁化技木， 即在注塑模具出口處，進行熱態靜電駐扱，在冷卻後，進行反向充電，隨後再進行靜電駐扱， 最後進行充磁。採取此方式，可以獲得最大的深層電荷捕集，得到電壓高、持續時間長的駐極體材料，同時獲得均勻的磁場分布。以實施例2的駐極參數在線駐極，測量表面電位，製成過濾器，測試CADR和臭氧裡。實施洌9實施例8的對比例，不對孔板進行磁化。測試結果見圖16。實施例10製作過程同實施例8，不同的是，將密閉電極膜20的電極220膜覆蓋區域置換成無圖案全覆蓋的膜電極結構，即本實施例中電極220沒有採用實施例1中所述的魚骨型圖案 221。對本實施例的測試結果見圖16。
實施例11在實施例8的基礎上，本實施例設置了負離子發射電扱。結合圖1、8所示，本實施例的主體1中設置有ー個或數個具有內置負離子發射電極的負離子孔板30，該負離子孔板 30的孔洞31中內置負離子發射電扱，並且負離子孔板30的孔洞31為對稱孔結構，在靠近端ロ的位置安裝由金屬W、Mo、不鏽鋼材質構成的針狀、芒刺裝或使用導電碳纖維製成的絲狀毛刷發射電極310，該發射電極310距離端ロ出1. 0 1. 5mm/KV距離。具體到本實施例，其採用的是於主體1的最頂層加入ー層內置的負離子發射電極的負離子孔板30，其發射電極310採用的是使用導電纖維，長度1. 5mm，置於每ー個孔洞31 出風ー側內部5mm處，與高壓電源40的負極連接。本實施例是在主體1的一層孔板中內置負離子發射裝置，在氣流作用下，產生的負離子被擴散到空氣中，使顆粒物帶電，以進ー步提高集塵效果。對本實施例的測試結果見圖16。實施列12將實施例6製作的Uni-ESP進行整體駐極極化，方法如下結合圖9所示，按照實施例6的エ藝製作濾器，並進行整體封裝後，通過駐極裝置 120進行整體駐極處理，其包括以下步驟首先，通過觸點41或插座，向本實施例過濾器主體1供電，並且在保持供電的狀態下後續步驟；其次，採用蒸汽121或熱空氣對過濾器進行加熱，加熱至70 100攝氏度，並保持 0 30min ；然後，使用加熱器122將過濾器處於60 80攝氏度溫度下保溫0 60min ；最後，使用空氣或製冷的空氣123迅速吹過過濾器中孔板10的孔洞110，使其冷卻，並保持1 20min。上述駐極過程中，具體採用的方法及參數為接通外部供電電源為DC_12V，加熱器122設定溫度為80°C，將本實施例放入該恆溫箱內，向恆溫箱內通入由純水產生的蒸汽121，蒸汽121將冷凝於孔板10的孔洞110內壁，持續時間5分鐘，停止蒸汽，繼續用加熱器122保溫烘乾約10分鐘；將從烘箱內取出，使用室溫環境的空氣沿孔洞方向吹掃，空氣流量10 800立方米/小吋，持續時間約5分鐘。 斷開外部供電電源，得到最終的產品。本實施例採用了對一體化結構的靜電集塵過濾器進行整體駐極的方法，將其接入高低電位(高壓電源開啟)的情況下，進行加熱-保持-快速冷卻的流程，以使得一體化結構的靜電集塵過濾器獲得更佳的性能。同吋，通過整體駐極過程中可以對密封、耐溫度變化、絕緣、電源性能進行測試，以發現並剔除エ藝不良品。將整體駐極極化後的過濾器安裝到測試風道上，進行CADR與臭氧測試。測試結果見圖16。實施列13將實施例7製作的過濾器進行整體駐極極化。即將實施例7的過濾器以實施例12 的方式進行整體駐極極化。對其進行CADR和臭氧測試，測試結果見圖16。實施列14
將實施例8製作的過濾器進行整體駐極極化。即將實施例8的過濾器以實施例12 的方式進行整體駐極極化。對其進行CADR和臭氧測試，測試結果見圖16。實施列15將實施例11製作的過濾器進行整體駐極極化。即將實施例11的過濾器以實施例 12的方式進行整體駐極極化。對其進行CADR和臭氧測試，測試結果見圖16。實施列16在實施例8製作的過濾器測試過程中，將高壓電源的供電電壓調整到6KV。實施列17在實施例8製作的過濾器測試過程中，將高壓電源的供電電壓調整到8KV。實施列18在實施例8製作的過濾器測試過程中，將高壓電源的供電電壓調整到12KV。實施例19將實施例14的過濾器置於80°C熱水中浸泡10分鐘，取出後甩出空洞內多餘的水份，在室溫通風處放置1小時，進行CADR測試，見圖14。每天重複一次測試，連續進行10 次。測試數據見圖17。數據表明，本發明的實施的添加劑和駐極方法、結構密封設計，在溫度適應、水密封性能方面，表現出了預想的性能。實施列20將實施例2、4、6、7、8、9中中間分切並用於測試表面電壓的孔板極片，置於室溫環境，每間隔6小時測試一次表面電壓，連續測試12次(72小時)。測試數據參見圖15、18。 數據表明，使用本發明的添加劑和駐極方式方式可以獲得持久的電荷存儲。綜合以上所述，本發明提出了ー種一體化結構的靜電集塵過濾器(Uni-ESP)。我們知道，帶電的顆粒物在電場中運行時，會受到庫倫カ的作用軌跡發生偏移，在磁場中運行吋，會受到洛侖茲カ發生軌跡偏移，其所受到的作用力與電場、磁場的強度成正比。靜電式集塵結構的工作方式有兩個重要的因素顆粒物荷電、偏移力。針對這兩個重要因素，本發明給出了對應的解決方案。—、對於顆粒物的荷電，本發明使用了三種解決的方法1)孔板10的矩形孔洞的上111、下孔壁112(敷設電極220的一面)被設計成非対稱的，上面分布有翅片113結構，上下內壁的翅片數量不相等，翅片的頂部(相對於同孔洞110內壁連接的根部)是小曲率半徑的結構。在內部電場作用下，小曲率半徑的頂部會發射電子形成電暈區，使得進入的顆粒物荷電。具體見實施例1。2)構成孔壁和翅片的塑料材料中加入了可增強駐極效果和延長電荷存儲時間的添加剤，如電氣石材料，這種材料具有天然負離子發射能力的材料，其產生的羥基負離子、 氧負離子可將所攜帯的電荷傳遞給顆粒物或與顆粒物吸附，進而使顆粒物帶電。具體見實施例7。3)內置式的負離子發射裝置，在氣流作用下，發生負離子被擴散到空氣中，使顆粒物帶電。具體見實施例11。ニ、對於偏移力，在本發明中，對帶電的顆粒物提供了兩種偏移力1)電場偏移，由高低電位的電極提供的電場以及駐極體效應電場，使得帶點的顆粒物受到庫倫カ的作用，發生運行軌跡偏移，最終被捕集於上、下內壁111、112表面。
2)磁場偏移，形成孔洞110的塑料材料中加入了磁性材料，經外部磁化形成上下分布的磁場，帶電顆粒在磁場作用下受到洛侖茲力作用向左右發生軌跡偏移，最終被捕集到孔洞的左右內壁表面。具體見實施例8。本發明同時使用了電場偏移和磁場偏移技術，提高了顆粒物捕集效率，有效利用了孔璧的各個表面，増大了容塵量。本發明使用的非対稱結構孔洞110，還可帶來如下益處1)非対稱結構的使用，増大了孔洞110的內表面積，縮短了內表面壁之間的距離， 使得顆粒物可以在更短的行程內與內壁接觸進而被捕集，可以使用儘可能短的孔洞長度， 達到高的捕集效能。2)非対稱結構的使用，使內部電場分布不對稱，可以有效捕集未荷電或不易荷電的顆粒物。3)在本發明中，還可製作具有曲線結構的孔洞結構陣列，當帶有顆粒物的氣體通過時，顆粒物更容易與孔壁接觸，進而被捕集.本發明對一般的塑料材料的駐極效果較差和駐極電荷保持時間較短給出了解決方案，並發明了對於本發明中使用的孔板材料在注塑過程中直接駐極充電和過濾器整體充電的創新方法，進ー步提升駐極效果。基於成本和結構強度的考慮，本發明的一體化結構的靜電集塵過濾器所使用的孔洞材料首選使用PP材料，在PP材料中加入提升駐極性能並提升電荷的存儲性能和熱穩定性。專利CN102046871公開了 「包含電荷加強添加劑的駐極體料片」，特別指合成並添加N-取代氨基碳環芳香烴的方式；。專利CN101905101A公開了 「ー種熔噴聚丙烯駐極體過濾材料的製備方法」;專利CN12^^93A公開了「鐵電纖維及其應用」，用鐵電纖維提升駐極性能；專利CN101421802A公開了「駐極體材料」，使用「受阻羥基胺酯化合物」提升駐極體的熱和電荷穩定性的方法；專利CN101511485A公開了 「駐極體整理剤」，通過塗層達到駐極效果。以上專利實踐證明了在塑料材料中以適當的方法添加助劑，可以大幅提升駐極性能，同時以上專利技術已經在靜電駐極纖維、駐極體話筒、傳感器等領域得到應用。本發明所設定的駐極技術方案，尚未見國內外相關專利。當然，以上所述僅僅為本發明的實施例而已，並非來限制本發明範圍，凡依本發明申請專利範圍所述的構造、特徵及原理所做的等效變化或修飾，均應包括於本發明申請專利範圍內。
1權利要求
1.一體化結構的靜電集塵過濾器，該過濾器包括外框(3)和封裝於外框(3)內的主體(1)，其特徵在於所述的主體(1)由多層孔板(10)疊加構成，其中孔板(10) —體成型有供氣體通過的陣列直線或曲線孔洞(110)，所述孔板(10)中的孔洞(110)的上壁(111) 與下壁(112)為非對稱結構，上壁(111)與下壁(112)上分布有左右對稱的翅片(113)，於每層孔板(10)的上下表面設置有施加高壓電場的密閉導電膜00)；用於施加高壓電場的高壓電源GO)被封裝於外框(3)內，通過置於外框(3)的外部插座或觸點Gl)對其低壓 {共 ο
2.根據權利要求1所述的一體化結構的靜電集塵過濾器，其特徵在於所述孔板(10) 採用具有駐極性能的材料注塑成型，且所述孔板(10)採用的材料內添加有以下任意一種或組合的材料a、以氮氣為微發泡氣體的微孔發泡劑，發泡比例為0.1 10%，並在注塑拉伸作用下在孔板(10)內形成透鏡型或紡錘形微氣泡(102)；b、添加可增強駐極效果和延長電荷存儲時間的第一添加劑(103)，該第一添加劑(103)包括歧化松香、PVDF,PTFE、硬脂酸鈣、巴西棕櫚酸鋁、鐵電體材料的一種或幾種組合，該第一添加劑(10 的添加質量比例0 20% ；c、添加具有天然駐極體特性和負離子發射特性的第二添加劑(104)，該第二添加劑(104)包括電氣石粉體或電氣石與鑭系稀土的混合物，該第二添加劑(104)的添加質量比例0 15% ；d)添加採用磁性粉體材料的第三添加劑(105)，該第三添加劑(10 包括Fe304為主的染料，鐵氧體材料、釹鐵硼可外部磁化的材料，其添加質量比例0. 1 5%。
3.根據權利要求1所述的一體化結構的靜電集塵過濾器，其特徵在於所述的密閉導電膜00)採用通過粘結、熱合、超聲方式進行複合形成「膜Oio)-電極O20)-膜(210) 」複合結構，其中電極(220)通過印刷或真空鍍膜的方式並以設定的圖案在其中一層膜(210) 上形成。
4.根據權利要求3所述的一體化結構的靜電集塵過濾器，其特徵在於所述膜(210) 為薄膜、孔洞膜、微孔膜，其採用PP、PE、PET、PTFE中任意材料製成；所述電極(220)採用a、低電阻的自癒合真空鍍鋁膜，電阻0.1 100 Ω/m;b、高電阻可印刷膜，其採用金屬氧化物、碳、高分子導電材料與粘結材料構成，電阻為 10E8 10E11 Ω/m ；其中，所述的高電阻的電極以設定圖案的方式印刷的，圖案為分布有線條邊緣和尖銳芒刺的魚骨型圖案021)，其電極部分的覆蓋率為10% 90%。
5.根據權利要求3或4所述的一體化結構的靜電集塵過濾器，其特徵在於所述的主體(1)中孔板(10)的疊加順序為孔板(10)-低電位的密閉導電膜(20)-孔板(10)-高電位的密閉導電膜(20)-孔板(10)，其中密閉導電膜(20)中的電極(220)邊緣到孔板(10) 的邊緣預留0. 5 1. 5mm/Kv的距離，孔板(10)的駐極符號極性與電極電位對應，相鄰兩孔板(10)採用重合疊加或者交錯疊加，交錯角度1 30度。
6.根據權利要求1-4中任意一項所述的一體化結構的靜電集塵過濾器，其特徵在於 於主體(1)設置有一個或數個具有內置負離子發射電極的負離子孔板(30)，該負離子孔板 (30)的孔洞(31)中內置負離子發射電極，並且負離子孔板(30)的孔洞(31)為對稱孔結構，在靠近埠的位置安裝由金屬W、Mo、不鏽鋼材質構成的針狀、芒刺裝或使用導電碳纖維製成的絲狀毛刷發射電極(310)，該發射電極(310)距離埠出1.0 1.5mm/KV距離。
7.根據權利要求1-4中任意一項所述的一體化結構的靜電集塵過濾器，其特徵在於 所述的兩相鄰孔板(10)之間採用熱熔膠、粘合劑粘接，且兩相鄰孔板(10)的邊緣使用熱熔融合粘結，形成封閉邊緣(50)。
8.根據權利要求6所述的一體化結構的靜電集塵過濾器，其特徵在於所述的高壓電源GO)安裝在主體(1)非進、出風面任意一側，其中高壓電源GO)的輸出端分別與每一個密閉導電膜00)的高、低電位端通過匯集線(60)相連接，高壓電源GO)的負高壓端與負離子孔板(30)內的負離子發射電極相連接。
9.根據權利要求1所述的一體化結構的靜電集塵過濾器，其特徵在於所述的外框(3) 採用塑膠或金屬材料，其通過灌裝方式對主體(1)及高壓電源GO)進行整體封裝，即在外框⑶與主體⑴之間形成有封裝層O)，外框⑶上安裝有向高壓電源GO)供電的插座或觸點(41)。
10.一體化結構的靜電集塵過濾器的駐極處理工藝，該過濾器包括外框C3)和封裝於外框(3)內的主體(1)，所述的主體(1)由多層孔板(10)疊加構成，其中孔板(10) —體成型有供氣體通過的陣列直線或曲線孔洞(11)，於每層孔板(10)的上下表面設置有施加高壓電場的密閉導電膜00)；用於施加高壓電場的高壓電源G0)被封閉於外框(3)內部，通過置於外框(3)的外部觸點Gl)對其低壓供電；該駐極處理包括以下三個工藝步驟一、孔板(10)採用注塑機一次注塑成形後切割形成，同時在製作過程中對孔板(10)進行材料的駐極和磁化，該過程包括a、在射出模具的出口(1201)和冷卻段(1202)的入口空間進行正電暈或負電暈一次駐極(121)，使用包括針板、線板、線線、針-介質阻擋板、線-介質阻擋版的方式，駐極電壓差為10 50Kv ；b、在冷卻段(1202)與牽引段(1203)中間，採用針板、線板、線線電極結構但與a步驟中極性相反的電暈二次駐極(122)，駐極電壓差為5 30Kv ；c、在切割裝置(1204)前端，使用同a步驟相同電極機構、相同極性的電暈進行三次駐極(123)，駐極電壓差為20 70Kv ；d、在進行三次駐極(123)的電暈裝置與切割裝置(1204)之間設置有磁化機構，磁場強度 0. 1 10T ；二、對密閉導電膜O0)的駐極處理；將密閉導電膜O0)中的電極(220)接入高壓電源 031)，通過由加熱區032)、冷卻區(233)構成的電場(230)進行連續駐極處理；三、該過濾器整體封裝後，通過駐極裝置(120)進行整體駐極處理，其包括以下步驟首先，通過觸點Gl)或插座，向過濾器(1)供電，並且在保持供電的狀態下後續步驟；其次，採用蒸汽(121)或熱空氣對過濾器進行加熱，加熱至70 100攝氏度，並保持0 30min ；然後，使用加熱器(12 將過濾器處於60 80攝氏度溫度下保溫0 60min;最後，使用空氣或製冷的空氣(123)迅速吹過過濾器中孔板(10)的孔洞(110)，使其冷卻，並保持1 20min。
全文摘要
本發明涉及空氣過濾器產品技術領域，特指一種高效率捕集空氣中顆粒物的一體化結構的靜電集塵過濾器及其駐極處理工藝。該集塵過濾器的主體由多層孔板疊加構成，其中孔板一體成型有供氣體通過的陣列孔洞，孔板是微發泡的，可添加駐極增強材料、負離子發射材料和磁性材料的塑料材料，於每層孔板的上下表面設置有施加高壓電場的密閉導電膜，其中的一層或數層孔板中可安裝有離子發射裝置，在疊加結構的側面，封裝有向高低電位電極供電的高壓電源，疊加結構和高壓電源被整體封裝於保護結構外框中，外部使用低壓直流或市電供電。本過濾器經在線極化駐極技術處理後，形成實用的產品。本發明採用上述技術方案後，將構成一種可消除極間打火和使用電擊隱患的、易於清洗、可長壽命循環使用、低風阻、高效率的顆粒物過濾器，適用於家用、工業使用的空氣淨化裝置。
文檔編號B03C3/40GK102580854SQ20111045364
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者劉興龍, 王寶柱, 趙建洪, 趙羽石, 郭奕文 申請人:東莞市宇潔新材料有限公司