靜電顆粒過濾器的製作方法

2023-06-11 04:23:31 2

專利名稱：靜電顆粒過濾器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於從空氣中去除顆粒的靜電顆粒過濾器，該靜電顆
粒過濾器包括具有第一和第二相對側面的過濾介質、第一電極和第 二電極，第一電極和第二電極可滲透包含顆粒的空氣流，且第一電極 和第二電極分別共形地設置在過濾介質的相對側面上。本發明還涉及 包括靜電顆粒濾波器和顆粒充電部分的靜電過濾系統。
背景技術：
從US5549735中已知用於從空氣中去除顆粒的靜電空氣過濾器。 已知的靜電空氣過濾器包括過濾介質、包括設置在過濾介質相對側 面上的絕緣電極和非絕緣電極的電極對。通過在過濾介質相對側面上 設置的電極之間施加電勢差實現過濾效率的靜電增加。通過本領域已 知的方法製備絕緣電極，例如，浸塗或者噴塗金屬絲或者衝壓金屬線， 同時擠壓或者注塑絕緣體和金屬絲，並將注塑絕緣體的兩半圍繞金屬 絲接合在一起。絕緣電極的目的是防止通過過濾介質在絕緣電極和非 絕緣電極之間建立導電路徑，這樣以致於在濾波器介質內建立高電場 時防止電極之間的電弧。
本發明的發明者已經認識到已知的靜電空氣過濾器在運行中可 能顯示過濾效率的快速下降。

發明內容
本發明的目的尤其提供了一種在開篇段落中所陳述種類的靜電 顆粒過濾器，其是高效率的，並在運行過程中長時間保持(或者至少 基本保持)其效率。
根據本發明，實現該目的在於，布置第一電極、第二電極和過濾 介質，以允許導電流通過過濾介質，且第一電極是在30%的相對溼 度時，具有包括在每平方大約106歐姆的下限值和每平方大約1012歐 姆的上限值範圍內的薄膜電阻的適度導電電極。
典型地，靜電顆粒過濾器是空氣清潔器、空氣處理系統或者空調
4系統的一部分，其可以例如用在建築物中或者車輛中。另一方面，這 種靜電顆粒過濾器還可以是由諸如包括靜電顆粒過濾器的空氣清潔 單元和用於圍住用戶的嘴和鼻子的吸入口罩構成的可攜式個人空氣 清潔器的一部分，該口軍與空氣清潔單元連接。
包括第一電極、第二電極和過濾介質的靜電顆粒過濾器的過濾效 率與過濾介質內存在的電場值正相關。電場由在第一電極和第二電極 之間施加的電勢差產生。因為已知的靜電顆粒過濾器包括電絕緣電 極，所以第一電極和第二電極之間的電勢差將在絕緣材料和過濾介質 上分配。當過濾介質具有基本小於絕緣材料電阻的電阻時，第一電極 和第二電極之間的電勢差將在絕緣材料上明顯減小，並且在過濾介質 內的電場值將很低，這導致過濾效率的不良靜電增加。由於顆粒(尤 其是諸如來自香菸煙氣或者煤煙的顆粒等的導電顆粒)的聚集，或者 由於從環境中吸水，過濾介質的電阻在運行過程中可能減小。在根據 本發明的靜電顆粒過濾器中，布置第一電極、第二電極和過濾介質， 以允許導電流通過過濾介質。當導電流存在時，導電流從第一電極l
開始，通過過濾介質3流到第二電極2，或者反過來。結果，即使過 濾介質具有限定的電導率，第一電極和第二電極之間的電勢差在過濾 介質上總是明顯降低，並將在過濾介質內保持電場的足夠大。因此， 根據本發明的靜電顆粒過濾器是高效率的，並在運行過程中長時間保 持(或者至少基本保持)其效率。
當布置第一電極、第二電極和過濾介質，以允許導電流通過過濾 介質時，以及當第一電極和第二電極都具有相對高的電導率時，如果 過濾介質具有限定的電導率，相對大的電流將流過過濾介質，這導致 電弧危險的增加。電弧可能破壞過濾介質並造成安全危險。在4艮據本 發明的靜電顆粒過濾器中，第一電極是適度導電 (moderately-conductive)電極，在本發明的上下文中，其意味著， 第一電極在30%的相對溼度時，具有包括在每平方大約106歐姆的下 限值和每平方大約10"歐姆的上限值範圍內的薄膜電阻。上限值保 證在第一電極和第二電極之間施加電勢差之後的足夠短時間間隔 內，可以對適度導電電極充電。下限值保證如果過濾介質具有限定 的電導率，在運行過程中足夠低值的導電流將流過過濾介質。因此， 根據本發明的靜電顆粒過濾器具有低的電弧危險以及由此帶來的低安全危險。
在權利要求2中限定了根據本發明的靜電顆粒過濾器的實施例。 在該實施例中，第一電極和第二電極都是在30%的相對溼度時，具 有包括在每平方大約106歐姆的下限值和每平方大約1012歐姆的上限 值範圍內的薄膜電阻的適度導電電極。該實施例甚至還減少了在運行 過程中通過導電路徑流經過濾介質的導電流，由此進一步延長了運行 壽命並降低了安全危險。
在權利要求3中限定了根據本發明的靜電顆粒過濾器的實施例。 在該實施例中，在30%的相對溼度時，適度導電電極的薄膜電阻下 限值是每平方大約107歐姆和/或適度導電電極的薄膜電阻上限值是 每平方大約10"歐姆。該實施例更好地保證在第一電極和第二電極 之間施加電勢差之後的足夠短時間間隔內，對適度導電電極充電，和 /或在運行過程中通過導電路徑流經過濾介質的導電流值足夠小，由 此更進一步延長運行壽命並降低安全危險。
在權利要求4中限定了根據本發明的靜電顆粒過濾器的實施例。 在該實施例中，在30%的相對溼度時，適度導電電極的薄膜電阻下 限值是每平方大約108歐姆和/或適度導電電極的薄膜電阻上限值是 每平方大約IO"歐姆。該實施例進一步更好地保證在第一電極和第 二電極之間施加電勢差之後的足夠短時間間隔內，對適度導電電極充 電，和/或在運行過程中通過導電路徑流經過濾介質的導電流值足夠 小，由此更進一步延長運行壽命並降低安全危險。
在權利要求5中限定了根據本發明的靜電顆粒過濾器的實施例。 在該實施例中，適度導電電極包括有機化合物。在本發明的上下文中， 有機化合物尤其有吸引力，因為它能夠便利地製造廉價的適度導電電 極。包括有機化合物的電極具有諸如柔韌性、延展性和強度等的極好 機械特性，由此使得電極和過濾介質能夠一起成形。另外，通過向過 濾介質提供機械堅固性，包括有機化合物的電極允許使用其本身很難 成形的過濾介質，例如，包括聚烯烴(polyolefin )的過濾介質。
在權利要求6中限定了根據本發明的靜電顆粒過濾器的實施例。 在該實施例中，有機化合物是親水性有機化合物。對於製造通過組合 使用摻雜劑來確定電特性的電極，親水性有機化合物尤其具有吸引 力。在權利要求7中限定了根據本發明的靜電顆粒過濾器的實施例。 在該實施例中，適度導電電極包括摻雜劑。該實施例提供了具有單獨 優化其機械特性和其電特性的可能性的適度導電電極。
在權利要求8中限定了根據本發明的靜電顆粒過濾器的實施例。 在該實施例中，摻雜刑是親水性摻雜劑或者吸水性摻雜劑。在本發明 的上下文中，親水性摻雜劑或者吸水性摻雜劑與有機化合物的組合使 用尤其具有吸引力，因為它能夠便利地製造適度導電電極。
在權利要求9中限定了根據本發明的靜電顆粒過濾器的實施例。 在該實施例中，過濾介質包括憎水性材料。包括憎水性材料的過濾介 質非常具有吸引力，因為還在高相對溼度時它具有高電阻率。然而，
包括諸如聚烯烴等的憎水性材料的過濾介質由於其非常低的硬度，很 難自己成形。在該實施例中，適度導電電極包括有機化合物。因此， 適度導電電極具有諸如柔韌性、延展性和強度等的極好機械特性，並 增強過濾介質的機械堅固性，由此使得過濾介質和適度導電電極能夠 一起成形。
權利要求10限定了包括顆粒充電部分和靜電顆粒過濾器的靜電 過濾系統，該靜電顆粒過濾器包括具有第一和第二相對側面的過濾 介質、第一電極和第二電極，第一電極和第二電極可滲透包含顆粒的 空氣流，且第一電極和第二電極分別共形地設置在過濾器的第一和第 二相對側面上，其特徵在於，布置第一電極、第二電極和過濾介質， 以允許導電流通過過濾介質，且第一電極是在30%的相對溼度時， 具有包括在每平方大約106歐姆的下限值和每平方大約1012歐姆的上 限值範圍內的薄膜電阻的適度導電電極。
在權利要求11中限定了根據本發明的靜電顆粒過濾器的實施 例。在該實施例中，摻雜劑是光催化劑。當用紫外光照射時，包括光 催化劑的適度導電電極可以光催化地氧化通過過濾器的有害氣體化 合物，由此增加靜電顆粒過濾器的空氣清潔效率。
權利要求12限定了一種包括顆粒充電部分、靜電顆粒過濾器和 光源的靜電過濾系統。靜電顆粒過濾器包括具有第一和第二相對側 面的過濾介質、第一電極和第二電極，第一電極和第二電極可滲透包 含顆粒的空氣流，且第一電極和第二電極分別共形地設置在過濾介質 的第一和第二相對側面上，其特徵在於，布置第一電極、第二電極和過濾介質，以允許導電流通過過濾介質，第一電極是在30%的相對 溼度時，具有包括在每平方大約106歐姆的下限值和每平方大約1012 歐姆的上限值範圍內的薄膜電阻的適度導電電極。適度導電電極包括 是光催化劑的摻雜劑，以及布置產生用於照射光催化劑的紫外線輻射 的光源。


參考附圖將進一步闡明和描述本發明的靜電顆粒過濾器的這些 和其它方面，其中
圖1是根據本發明的靜電顆粒過濾器的部分分解圖2是包括顆粒充電部分和顆粒聚集部分的靜電過濾系統的橫 截面，該顆粒聚集部分包括根據本發明的靜電顆粒過濾器；
圖3是包括顆粒充電部分和顆粒聚集部分的靜電過濾系統的橫 截面，該顆粒聚集部分包括根據本發明的靜電顆粒過濾器；
圖4包含對於根據本發明的靜電顆粒過濾器，在0%的相對溼度 下，分級(fractional)過濾效率tj隨顆粒直徑d (單位nm )的變化 進行測試的結果，其中過濾介質被來自香菸煙氣的導電顆粒嚴重汙
染；
圖5包含對於根據本發明的靜電顆粒過濾器，在50%的相對溼 度下，分級過濾效率t]隨顆粒直徑d (單位nm)的變化進行測試的 結果，其中過濾介質被來自香菸煙氣的導電顆粒嚴重汙染。
具體實施例
圖1的靜電顆粒過濾器包括第一電極l、第二電極2和過濾介 質3。圖1還示出了與靜電顆粒過濾器連接的電源4。第一電極l和 第二電極2通常具有0.01mm和5mm之間的厚度，或者更特別地具 有.5mm和2mm之間的厚度。過濾介質3通常具有lmm和5mm之 間的厚度，或者更特別地具有2mm和4mm之間的厚度。
第一電極1和第二電極2可滲透包含顆粒(特別是超精細顆粒) 的空氣流。在本發明的上下文中，超精細顆粒是具有大約10nm和大 約250nm之間的等效直徑的顆粒。關於第一電極1和第二電極2, 本領域技術人員將理解，可以以多種方式獲得用於包含顆粒的空氣流的滲透性，例如，通過使用穿孔結構、多孔結構、 一組平行軌道、柵
格、網孔或者紗網。關於過濾介質3，多種過濾介質在本領域中是已 知的，例如，包括纖維的過濾介質或者包括多孔泡沫單元(open foam ccH)的過濾介質。
在30%的相對溼度時，過濾介質3在其原始(pristine)狀態具有在 平行於表面法線的方向上測量到的108Ohm，m或者更高的電阻率，但 是優選的是U)"Ohnvm或者更高。例如，過濾介質3是包括憎水性材 料的3mm厚度的纖維過濾介質。憎水性材料可以是諸如聚脂、或者 聚烯烴等的憎水性合成樹脂，或者它可以是憎水性玻璃。用憎水性材 料製造過濾介質非常有吸引力，因為憎水性材料通過阻礙水的吸收來 保證過濾介質的高電阻率，甚至在高相對溼度時。
第一電極1和第二電極2分別共形地(conformally)設置在過濾介 質3的相對側面上。假設滿足了該條件，靜電顆粒過濾器作為整體可 以具有任何形狀，例如，摺疊形狀或者褶疊形狀。對於具有摺疊形狀
或者褶疊形狀的靜電顆粒過濾器，希望的是，第一電極l和第二電極 2具有諸如柔韌性、延展性和強度等的極好機械特性。這允許第一電 極l和第二電極2與過濾介質3接觸時，和過濾介質3—起成形。另 外，這允許使用很難自己成形的過濾介質，因為第一電極l和第二電 極2向過濾介質3提供機械堅固性。
第一電極1是適度導電電極。在本發明的上下文中，適度導電電 極指的是在30%的相對溼度時，具有包括在每平方大約106歐姆的下 限值和每平方大約1012歐姆的上限值範圍內的薄膜電阻的電極。電極 的薄膜電阻是正方形的兩個相對側面之間所測量的電阻，正方形取向 與電極表面平行。電極的薄膜電阻不受正方形尺寸的限制，且僅僅取 決於電極的厚度和製造電極的材料電阻率。上限值保證適度導電電極 整個表面區域的足夠快的充電，甚至在低於30%的相對溼度下。充 電優選在10s內完成。下限值保證在過濾介質3具有限定的電導率 的情況下，在運行期間流過過濾介質3的導電流足夠低的值，由此限 制電能消耗，並限制和在第一電極1和第二電極2之間存在局部短路 有關的後果。這種後果的例子是安全風險，以及橫過電極表面基本部 分的電動勢明顯下降。因此，下限值保證在多種可能不利的條件下， 保持橫過過濾器區域基本部分的過濾效率的足夠靜電增加。假設第一電極1是可滲透包含顆粒的空氣流的適度導電電極，那 麼第一電極1可以包括任何材料。適當的材料是有機化合物，尤其是 具有高分子量的有機化合物，例如，聚合物。有機化合物是具有諸如 柔韌性、延展性和強度等的極好機械特性的廉價材料。而且，可以用 有機化合物容易地製造適度導電電極。為此目的，人們可以使用本徵 型適度導電有機化合物，或者人們可以使用任何有機化合物並使用添 加劑調節電特性。這種添加劑被稱為摻雜劑，而不意味對使用的添加 劑相對量做任何限制。可以用於製造適度導電電極的有機化合物的例 子是合成樹脂。本徵型適度導電合成樹脂在本領域中是已知的。本徵
型適度導電合成樹脂的例子是本徵型(inherently)導電聚合物。
摻雜劑在本領域中也是已知的。為了將摻雜劑添加到有機化合物 中，本領域技術人員可以使用諸如浸漬或者塗覆等的標準方法，可能 使用粘合劑和/或表面活性劑來改善浸漬或者塗覆工藝。
使用摻雜劑調節包括有機化合物的電極的電特性的優點在於，可 以單獨地優化電極的機械特性和電特性。包括有機化合物的電極可以 包括不止一種摻雜劑。
摻雜劑的例子是諸如炭黑等的本徵型導電化合物，其可以是諸如 導電油墨的混合物的 一部分。摻雜劑的另 一個例子是諸如硫化鋅 (ZnS)的半導電化合物。
優選的摻雜劑是親水性摻雜劑。親水性摻雜劑的例子是氧化物 (例如，二氧化矽(Si02)、氧化鋁(A1203 ) 、 二氧化鈦(Ti02)或 者氧化銦錫(ITO))、氮化物(例如，氮化矽(Si3N4))、氫氧化 物(例如，氫氧化鎂(Mg(OH)2))、碳酸鹽(例如，碳酸鎂(MgC03))、 草酸鹽(例如，草酸鉀(CaC204))、疏化物、硫酸鹽(例如，硫 酸鈣(CaS04))、磷酸鹽(例如，磷酸鈣(Ca3(P04)2))、或者膦 酸鹽。因為親水性摻雜劑二氧化鈦(Ti02)，更特別地結晶銳鈦礦型 二氧化鈦，還是光催化劑，所以當用具有大約450nm或者更短波長 的紫外光照射時，包括二氧化鈦的電極受到附加的光催化活性功能。 光催化活性包括氧化穿過過濾器的有害氣體化合物，並且它增加了靜 電顆粒過濾器的空氣清潔效率，因為它能夠從空氣中組合去除顆粒和 氣體化合物。親水性摻雜劑二氧化鈦優選地至少存在於設置在過濾介 質3下遊側的電極上，以便於防止從空氣流沉澱的顆粒快速覆蓋二氧
10化鈦。
另一種優選摻雜刑是吸水性摻雜劑。無機吸水性摻雜劑的例子是
碳酸鈉(Na2C03)、碳酸氫鈉(NaHC03)、碳酸鉀(K2C03)、碳 酸氫鉀(KHC03)和甲酸鉀(KC02)。有機吸水性摻雜劑的例子是 尿素(CO(NH2)2)、檸檬酸(COH(CH2COOH)2COOH )、三(羥甲 基)氨基甲烷(C(CH2OH)3NH2)和聚乙烯醇((CH2CHOH)n)。
包括有機化合物和親水性摻雜劑或者吸水性摻雜劑的電極薄膜 電阻取決於親水性摻雜劑或者吸水性摻雜劑從其周圍結合水的能力。 有機化合物和親水性摻雜刑或者吸水性摻雜刑的優選組合包括諸如 聚脂或者聚醯胺等的親水性合成樹脂。
包括鹼性摻雜劑的電極具有從環境中去除諸如二氧化硫(so2)、 亞硝酸(HN02)、硝酸(HN03)和羧酸等的有害酸性氣體化合物的 附加功能，由此增強了靜電顆粒過濾器的空氣清潔效率，因為它能夠 從空氣中組合去除顆粒和氣體化合物。包括酸性摻雜劑的電極具有從 環境中去除諸如氨氣(NH3)和其它胺等的有害鹼性氣體化合物的附 加功能，由此增強了靜電顆粒過濾器的空氣清潔效率，因為它能夠從 空氣中組合去除顆粒和氣體化合物。包括有機吸水性摻雜劑尿素和/ 或三(羥甲基)氨基曱烷的電極具有從環境中去除甲醛(CH20)的 附加功能，由此增強了靜電顆粒過濾器的過濾效率。將聚乙烯醇用作 摻雜劑是從聚乙烯醇的已知性質中受益，以在浸漬工藝中起粘合劑作 用，這增加了浸漬的整體量並產生了更好的浸漬吸附作用。
除了使用摻雜劑之外，人們還可以使用本領域已知的其它添加 劑，用來改善靜電顆粒過濾器的性能。這種添加劑的例子是活性炭。 第一電極l、第二電極2和/或過濾介質3可以包括活性炭。活性炭 的使用增加了從環境中去除諸如碳氫化合物和臭氧等的有害氣體化 合物的功能，由此增強了靜電顆粒過濾器的空氣清潔效率，因為它能 夠組合去除空中的顆粒和氣體化合物。
用於浸漬包括具有摻雜劑的有機化合物的電極的方法是使用包 括摻雜劑的水溶液浸漬塗覆電極。在水溶液中浸入電極之後，以大約 2cm/s到大約20cm/s的速度從水溶液中取出電極。在從水溶液中取出 電極之後，在環境空氣或者在強對流下的加熱空氣中乾燥電極。水溶 液的第一個例子包括碳酸氫鉀(0.01g/ml到0.3g/ml)和甲酸鉀(0.001g/ml到0.05g/ml)。該水溶液還可以包括三(羥甲基)氨基曱 烷(0.01g/ml到O.lg/ml)和/或尿素(0.01g/ml到O.lg/ml)。水溶 液的第二個例子包括檸檬酸(0,01g/ml到0.4g/ml)和/或磷酸 ((U)lg/ml到0.25g/ml)。該水溶液還可以包括尿素(0.05g/ml到 .15g/ml)。水溶液的第一個例子和水溶液的第二個例子都還可以包 括聚乙烯醇(0.005g/ml到0.05g/ml)和/或表面活性劑，以改善塗 層工藝。
第一電極l、第二電極2、過濾介質3和電源4是電路的一部分， 布置該電路以允許導電流通過過濾介質3，來響應由電源4供給電壓 產生的、在第一電極1和第二電極2之間的電勢差。當導電流存在時， 導電流從第一電極l開始、通過過濾介質3流到第二電極2，或者反 過來。根據汙染程度、相對溼度、以及由電源4供給電壓產生的在第 一電極1和第二電極2之間的電勢差，導電流可以在mA範圍內。然 而，基於安全考慮和電源4的容量，將允許在電路中流動的導電流限 制到設定的最大值，例如0.1mA。只要導電流不超過設定的最大值， 根據本發明的靜電顆粒過濾器的過濾效率將靜電增大到預期程度。在 非常高的相對溼度時，導電流可以達到設定的最大值，由此觸發電源 4供給電壓的降低，以便於將導電流限制到設定的最大值，在這些情 況下，將降低過濾效率的靜電增加程度。
第一電極l和第二電極2可以以本領域技術人員已知的多種方法 分別與電源4連接，假設存在於空氣流中的顆粒可以滲透到過濾介質 3中。例如，可以使用諸如金屬化層或者金屬結構等的互連。金屬結 構沿著第一電極1或者第二電極2的表面在一個或者多個點處分別和 第一電極1或者第二電極2接觸。第一電極l和第二電極2可以以本 領域已知的多種方法分別與過濾介質3連接，假設存在於空氣流中的 顆粒可以滲透到過濾介質3中，並假設布置電路以允許導電流通過過 濾介質3。後者先決條件排除了第一電極1或者第二電極2在電路內 完全絕緣的可能性，例如，當通過浸塗或者噴塗金屬絲或者沖壓金屬 線，同時擠壓或者注塑絕緣體和金屬絲，並將注塑絕緣體的兩半圍繞 金屬絲接合在一起來製造第一電極1或者第二電極2時。後者先決條 件允許使用粘合劑去將第一電極1或者第二電極2和過濾介質3連 接。粘合劑的例子是樹脂膠，其可以溶解在揮發性溶劑中，並且隨後
12在將第一電極1或者第二電極2層疊在包括樹脂膠的過濾介質3的側 面之前將該樹脂膠塗敷在過濾介質3的側面上。
根據本發明的靜電顆粒過濾器的另外優點是它能夠便利地監控 靜電顆粒過濾器的能力，以實現過濾效率的預期靜電增強。在根據本 發明的靜電顆粒過濾器中，布置第一電極l、第二電極2和過濾介質 3，以允許導電流通過過濾介質3。導電流值與過濾介質3內部沉積 的顆粒量正相關，尤其是與諸如來自香菸煙氣或者煤煙中顆粒等的沉 積的導電顆粒量正相關。電流值還與相對溼度，以及由電源4供給施 加電壓產生的、第一電極1和第二電極2之間的電勢差正相關，為了 保證安全地運行靜電顆粒過濾器和限制功率消耗，導電流不允許超過 設定的最大值。通過測量導電流的值可以監控靜電顆粒過濾器實現預 期過濾效率的靜電增強能力。當導電流超過設定的最大值時，在安全 運行條件下不可能實現預期的過濾效率的靜電增強，並且由電源4供 給的電壓必須降低，以便維持電流在設定的最大值，這導致了降低過 濾效率的靜電增強。這可能意味著由於已經沉積在過濾介質3內的大 量顆粒而已經到了過濾器壽命的盡頭，或者意味著相對溼度太高。通 過監控相對溼度以及與相對溼度和由電源4供給電壓相關的導電流， 可以便利地檢測過濾器壽命的盡頭。檢測過濾器壽命的盡頭例如可能 導致傳遞報警信號。
當第一電極1和第二電極2分別共形地設置在過濾介質3的相對 側面上時，以及當第一電極l、第二電極2、過濾介質3和電源4是 電路的 一部分(其中該電路被布置成允許導電流通過過濾介質3 )時， 第一電極1和第二電極2之間相對小的電勢差足以在過濾介質3內產 生足夠強的電場。例如，當過濾介質3具有3mm的厚度時，笫一電 極1和第二電極2之間的3kV的電勢差在過濾器介質3內產生 lkV/mm的電場，其遠遠低於發生空氣介質擊穿的電場值3kV/mm。 第一電極1和第二電極2之間的電勢差甚至可以增加到6kV，同時仍 然保持過濾介質3內的電場低於發生空氣介質擊穿的值。由此，布置 電源4,以供給O.lkV和10kV之間的電壓，或者更特別地供給lkV 和5kV之間的電壓。這意味著根據本發明的靜電顆粒過濾器能夠使 用相對廉價的電源4，並減少任何高壓的安全危險。
圖2的靜電過濾系統包括顆粒充電部分6和顆粒聚集部分7。圖2中的箭頭8表示空氣流過靜電過濾系統的方向，並用來表示顆粒充 電部分6設置在顆粒聚集部分7的上遊側。布置顆粒充電部分6，以 對存在於空氣流中的顆粒輸入電荷，以增強過濾效率。隨後將充電顆 粒吸入顆粒聚集部分7中。顆粒聚集部分包括如圖1中所描述的第一 電極1、第二電極2、過濾介質3和電源4。由於和極化過濾介質3 的靜電相互作用，充電顆粒在顆粒聚集部分7內被收集。
第一電極l、第二電極2和過濾介質3封閉在殼體5中。殼體5 可滲透包含顆粒的空氣流，並構造成允許第一電極1和第二電極2與 電源4連接。在靜電顆粒過濾器的運行壽命結束時，包括靜電顆粒過 濾器的殼體5從靜電過濾系統中去除、丟棄，並由包含新的靜電顆粒 過濾器的新殼體代替。可丟棄的靜電顆粒過濾器、第一電極l、第二 電極2和過濾介質3優選地由廉價材料製造。
圖3示出了圖2所示實施例的變形體，其中顆粒聚集部分7包括 第三電極9和第四電極10。第三電極9和第四電極10沒有封閉在包 括靜電顆粒過濾器的殼體5中。在這種布置中，第三電極9和第四電 極IO起到在電源4與第一電極1和第二電極2之間分別互連的作用。 例如，靜電顆粒過濾器具有褶疊形狀，第三電極9和第四電極10是 在褶疊的每個突出尖角處與第一電極1和第二電極2接觸的平面金屬 柵格。
例1
根據本發明的靜電顆粒過濾器製造如下。使用包括甲酸鉀 (KHC02, 0.01g/ml)、碳酸氫鉀(KHC03， 0.04g/ml)、聚乙烯醇 (.(HgZml)和Alconox (由Alconox有限^>司製造的表面活性劑， (U)lg/ml)的水溶液浸漬塗覆具有大約50%的孔隙率、160nm的厚度 和20nmx 200nm的孔徑值的兩個聚酯紗網，之後在空氣中乾燥， 這導致在30%的相對溼度時，每個聚酯紗網具有每平方5'109Ohm的 薄膜電阻。從而，在浸漬塗覆工藝之後，聚酯紗網的每一個是適度導 電電極。聚酯紗網電極在過濾介質相對側面上層疊。過濾介質包括具 有2(Vin的平均纖維直徑的聚丙烯纖維。過濾介質具有大約3mm的 厚度、大約625mn^的面積和n5g/n^的表面質量密度。
在製造了如上文所述的靜電顆粒過濾器之後，過濾介質被來自香菸煙氣的導電顆粒嚴重汙染。當在兩個聚酯紗網電極之間施加3kV 或者6kV的電勢差時，在被汙染的過濾介質內分別建立了 lkV/mm 或者2kV/mm的電場。在50%的相對溼度時，當分別在兩個聚酯紗 網電極之間施加3kV或者6kV的電勢差時，測量到O.OlmA或者 (U)2mA的導電流流過#皮汙染的過濾介質。
接下來，具有0.6m/s的速度並包括帶電氯化鈉(NaCl)顆粒的 空氣流通過被汙染的靜電顆粒過濾器。測量了靜電顆粒過濾器的過濾 效率隨顆粒直徑和過濾介質內電場值的變化關係。
圖4和5包含在相對溼度0%和50%時分別進行測量的結果。在 電場值為OkV/mm (數據組A，用正方形表示)、lkV/mm (數據組 B，用圓團表示)和2kV/mm (數據組C，用三角形表示)時所測量
的分級過濾效率(T|)。在圖4和5中，繪出了分級過濾效率(T])隨
顆粒直徑(d)(單位是nm)的變化關係。
通過比較在零電場(數據組A)得到的過濾效率和在非零電場(數 據組B和C)得到的過濾效率，清楚可見的是，被汙染的靜電顆粒過 濾器的過濾效率得到了靜電加強，即使在50%的相對溼度時。
當沒有布置靜電顆粒過濾器以允許導電流通過過濾介質時，在 50%的相對溼度時，不會發生被導電顆粒嚴重汙染的靜電顆粒過濾器 過濾效率的靜電增強。
1權利要求
1. 一種用於從空氣中去除顆粒的靜電顆粒過濾器，該靜電顆粒過濾器包括具有第一和第二相對側面的過濾介質、第一電極和第二電極，第一電極和第二電極可滲透包含顆粒的空氣流，且第一電極和第二電極分別共形地設置在過濾介質的第一和第二側面上，特徵在於所述第一電極、第二電極和過濾介質布置成允許導電流通過過濾介質，以及第一電極是在30％的相對溼度時，具有包括在每平方大約106歐姆的下限值和每平方大約1012歐姆的上限值範圍內的薄膜電阻的適度導電電極。
2. 如權利要求1所述的靜電顆粒過濾器，其中，第二電極是在 3%的相對溼度時，具有包括在每平方大約106歐姆的下限值和每平 方大約1012歐姆的上限值範圍內的薄膜電阻的適度導電電極。
3. 如權利要求1或2所述的靜電顆粒過濾器，其中，下限值是 每平方大約107歐姆和/或上限值是每平方大約IO"歐姆。
4. 如權利要求1或2所述的靜電顆粒過濾器，其中，下限值是 每平方大約108歐姆和/或上限值是每平方大約101歐姆。
5. 如之前任一權利要求所述的靜電顆粒過濾器，其中，適度導 電電極包括有機化合物。
6. 如權利要求5所述的靜電顆粒過濾器，其中，有機化合物是 親水性有機化合物。
7. 如之前任一權利要求所述的靜電顆粒過濾器，其中，中等導 電電極包括摻雜劑。
8. 如權利要求7所述的靜電顆粒過濾器，其中，摻雜劑是親水 性摻雜劑或者吸水性摻雜劑。
9. 如權利要求5所述的靜電顆粒過濾器，其中，過濾介質包括 憎水性材料。
10， 一種靜電過濾系統，包括顆粒充電部分以及之前任一權利要 求所述的靜電顆粒過濾器。
11. 如權利要求7所述的靜電顆粒過濾器，其中，摻雜劑是光催化劑。
12. —種靜電過濾系統，包括顆粒充電部分、如權利要求11所 述的靜電顆粒過濾器以及布置成產生用於觸發光催化劑的紫外輻射的光源。
全文摘要
本發明涉及用於從空氣中去除顆粒的靜電顆粒過濾器。該靜電顆粒過濾器包括具有第一和第二相對側面的過濾介質(3)、第一電極(1)和第二電極(2)，第一電極(1)和第二電極(2)分別共形地設置在過濾介質(3)的第一和第二側面上。第一電極(1)、第二電極(2)和過濾介質(3)布置成允許導電流通過過濾介質(3)。第一電極(1)是在30％的相對溼度時，具有包括在每平方大約106歐姆的下限值和每平方大約1012歐姆的上限值範圍內的薄膜電阻的適度導電電極。本發明還涉及包括靜電顆粒濾波器和顆粒充電部分(6)的靜電過濾系統。
文檔編號B03C3/64GK101489684SQ200780027304
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月9日 優先權日2006年7月19日
發明者J·馬拉 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司