專利名稱：：用于有效場極化介質(zhì)空氣凈化器的改進(jìn)的過濾介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明大致涉及空氣凈化系統(tǒng)，具體涉及用于一種空氣凈化器的過濾介質(zhì)，該類型的空氣凈化器使用靜電場來極化介質(zhì)并且極化顆粒，以提高介質(zhì)上的顆粒收集效率。
背景技術(shù)：
：靜電吸引的原理被使用了多年以增強(qiáng)污染物從氣流中的去除?？諝忪o電凈化器主要分為三類靜電沉淀器、無源靜電過濾器(passiveelectrostaticfilter)和有效場極化介質(zhì)空氣凈化器(activefieldpolarizedmediaaircleaner),這些空氣靜電凈化器有時(shí)以不同的名稱為人所知。靜電沉淀器使顆粒帶電，然后將該顆粒捕獲到帶相反電荷和/或接地的收集板上。無源靜電過濾器(也被稱為駐極體(electret))使用介質(zhì)(或不同介質(zhì)的組合)，該介質(zhì)(或不同介質(zhì)的組合)通過一些處理和/或固有性質(zhì)的組合而具有靜電電荷。進(jìn)入到帶靜電電荷的過濾介質(zhì)中的顆粒被吸引到具有相反靜電電荷的帶電過濾材料上。有效場極化介質(zhì)空氣凈化器使用由兩個(gè)電極之間的電壓差產(chǎn)生的靜電場。介電過濾介質(zhì)被放置在兩個(gè)電極之間的靜電場中。所述靜電場將介質(zhì)纖維和進(jìn)入的顆粒極化，從而提高所述介質(zhì)和空氣凈化器的效率。介電材料是電絕緣體或者對電流具有高阻抗并且仍能存儲電能的物質(zhì)。介電材料可以將施加在該介電材料內(nèi)的電場進(jìn)行集中，因此是一種靜電場的有效的支持物。另一種靜電空氣過濾器的設(shè)計(jì)公開在加拿大專利號為1,272,453的專利中，在該專利中，將一次性矩形濾筒連接到高壓電源。該濾筒包括導(dǎo)電內(nèi)部中心網(wǎng)，該中心網(wǎng)夾設(shè)在兩個(gè)介電的纖維質(zhì)材料(塑料或玻璃)層之間。該兩個(gè)介電層則進(jìn)一步夾設(shè)在兩個(gè)導(dǎo)電材料外網(wǎng)之間。導(dǎo)電內(nèi)部中心網(wǎng)被施加到高電壓，由此在內(nèi)部中心網(wǎng)與兩個(gè)導(dǎo)電外網(wǎng)之間產(chǎn)生靜電場，所述兩個(gè)導(dǎo)電外網(wǎng)保持在相反電位或接地電位。高壓靜電場將極化兩個(gè)介電纖維層?？諝鈨艋骺梢园惭b在各種結(jié)構(gòu)和環(huán)境中，作為冷暖風(fēng)空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的一部分，以及安裝在獨(dú)立的空氣移動(dòng)/凈化系統(tǒng)中。在小型HVAC系統(tǒng)中(例如住宅和小型商用)，空氣凈化器面板經(jīng)常安裝在平板結(jié)構(gòu)(垂直于氣流)中或者有角度的過濾通道內(nèi)。在大型系統(tǒng)中，多組空氣過濾器通常布置在V型結(jié)構(gòu)中，其中設(shè)置多個(gè)獨(dú)立的過濾器以形成垂直于氣流軸線的Z型折疊的過濾器。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明包含對用于有效場極化介質(zhì)空氣凈化器的過濾介質(zhì)的若干單獨(dú)的改進(jìn)及其組合。本發(fā)明的單獨(dú)的特征如下1、具體地，本發(fā)明的過濾介質(zhì)包括兩層纖維質(zhì)介電材料(比如聚酯)，并且在低阻抗的該介電(聚酯)層之間夾設(shè)有高阻抗的透氣性材料(比如玻璃纖維網(wǎng))。2、在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，過濾介質(zhì)包括纖維質(zhì)介電材料層形成混合的纖維層，該纖維層具有來自材料的摩擦靜電序列(摩擦靜電等級)的不同側(cè)的纖維，用在有效場極化介質(zhì)空氣凈化器中。3、在本發(fā)明的再一實(shí)施方式中，過濾介質(zhì)包括密度相對較高的介電材料層(比如纖維聚酯)，隨后設(shè)置有密度相對較低的材料層(比如低密度纖維聚酯)。圖1是根據(jù)本發(fā)明的在阻抗相對較低的纖維質(zhì)介電材料墊之間具有高阻抗透氣網(wǎng)的過濾介質(zhì)的橫截面圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的具有纖維質(zhì)介電材料墊和混合的纖維層的過濾介質(zhì)的橫截面圖，所述混合的纖維層具有來自靜電摩擦等級不同側(cè)的纖維。圖3是根據(jù)本發(fā)明的具有圖1和圖2中特征的過濾介質(zhì)的橫截面圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的具有高密度介電材料層和隨后的低密度介電材料層的過濾介質(zhì)的橫截面圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的具有圖1至圖4中特征的過濾介質(zhì)的橫截面圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的具有圖1和圖5中特征的過濾介質(zhì)的橫截面圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的具有圖3和圖6中特征的過濾介質(zhì)的橫截面圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明的具有混合的纖維層的過濾介質(zhì)的橫截面圖，所述混合的纖維層具有來自靜電摩擦等級不同側(cè)的纖維。具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的有效場極化介質(zhì)空氣凈化器的一種實(shí)施方式顯示于圖1中。在圖1中(圖2-7中也是如此)，通過過濾器的氣流從視圖的頂部下行到視圖的底部。過濾器包括保持過濾介質(zhì)的框架。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，過濾介質(zhì)本身包括介電的介質(zhì)支撐框架120、第一纖維質(zhì)介電材料墊16A、玻璃纖維篩網(wǎng)14A、第二纖維質(zhì)介電材料墊16B、中心網(wǎng)13、第三纖維質(zhì)介電材料墊16C、另一玻璃纖維篩網(wǎng)14B和第四纖維質(zhì)介電材料墊16D。保持過濾介質(zhì)的過濾器框架包括帶有第一導(dǎo)電外網(wǎng)12A的導(dǎo)電第一保持框架116A和帶有第二導(dǎo)電外網(wǎng)12B的第二導(dǎo)電保持框架116B。出于清楚的原因，使用介質(zhì)框架120和保持框架116A、116B的相同的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)用于整個(gè)附圖中，但這些附圖僅僅是一種可能的實(shí)施方式。本發(fā)明的本質(zhì)要素是極化介質(zhì)空氣凈化器中的兩個(gè)電極之間的介質(zhì)的各種結(jié)構(gòu)。雖然對于說明書中公開的特定實(shí)施方式來說具有一些優(yōu)點(diǎn)，但是中心網(wǎng)并不是必需一直延伸到邊緣，也不是必需在中心網(wǎng)和介質(zhì)層的周圍具有框架。通過適當(dāng)?shù)氖侄?，比如粘結(jié)材料121A或者超聲波焊接，第一介電過濾材料墊16A接合到介電的介質(zhì)支撐框架120上和/或中心電極13上。通過適當(dāng)?shù)氖侄?，比如粘結(jié)材料121B或者超聲波焊接，第四介電過濾材料墊16D接合到介電的介質(zhì)支撐框架120上。在沒有介質(zhì)支撐框架的實(shí)施方式中，通常各層介質(zhì)16A-D、14A、14B以及中心網(wǎng)13將通過適當(dāng)?shù)氖侄稳缯辰Y(jié)劑、超聲波焊接、縫合或者夾持等接合在一起。第一導(dǎo)電外網(wǎng)12A通過第一導(dǎo)電保持框架116A保持固定。第二導(dǎo)電外網(wǎng)12B通過第二導(dǎo)電保持框架116B保持固定。操作中，高壓電源108的一端連接到中心網(wǎng)13。高壓電源108的另一端連接到第一導(dǎo)電外網(wǎng)12A和第二導(dǎo)電外網(wǎng)12B，其通常保持在接地電位。穿過圖1中有效場極化介質(zhì)空氣凈化器的介電過濾材料16A、16B、16C和16D的進(jìn)入空氣中的顆粒被其中的電場極化，并被吸附到第一和第二介電過濾材料墊16A、16B、16C和16D上。本發(fā)明的過濾介質(zhì)包括兩層纖維質(zhì)介電材料，且在低阻抗的該介電層之間夾設(shè)有高阻抗的透氣性材料。但其它材料組合也是可能的。具體如圖l所示，玻璃纖維網(wǎng)14A夾設(shè)在聚酯層16A與聚酯層16B之間，其設(shè)置在中心網(wǎng)13的上方。類似地，在中心網(wǎng)13的下方，玻璃纖維網(wǎng)14B夾設(shè)在聚酯層16C與聚酯層16D之間。己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種材料布置允許在電極之間實(shí)現(xiàn)更高和更穩(wěn)定的電壓差。這增加了顆粒清除效率，因?yàn)楦叩碾妷阂馕吨叩膱鰪?qiáng)以及更高的效率。具體地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，上述材料布置允許提高達(dá)25%的高壓而不會在電極之間產(chǎn)生放電和火花。本發(fā)明的過濾介質(zhì)包括有效場極化介質(zhì)空氣凈化器中的混合纖維層，所述混合纖維層具有來自材料的摩擦靜電序列中不同部分的纖維。大多數(shù)材料會產(chǎn)生和儲存一些靜電。材料產(chǎn)生和儲存電荷的能力定義了其屬于摩擦靜電等級中的位置。產(chǎn)生靜電的材料的摩擦靜電序列一些材料能比其它材料產(chǎn)生更多的靜電。因?yàn)殪o電是在材料表面上吸附帶電粒子，所以各種材料都具有或者失電子而帶正(+)電荷，或者得電子而帶負(fù)(一)電荷的趨勢。摩擦靜電序列(等級)是一種材料列表，其中表示了哪些材料具有更大的趨勢帶正電(+)、哪些材料具有更大的趨勢帶負(fù)電(一)。該列表用來確定哪些材料組合能產(chǎn)生最多的靜電。為了說明的目的，根據(jù)材料在與另一種材料摩擦?xí)r產(chǎn)生靜電的情況以及該材料將攜帶何種電荷，下面列出了一些常見的材料。該列表不是窮舉性的列表，每種材料位于正摩擦靜電等級或者負(fù)摩擦靜電等級中的某處。帶正電的材料下面的材料在與其它材料接觸時(shí)將趨向于失電子。它們是按照從最容易失電子的材料到幾乎不會失電子的材料的順序而列出。注釋<table>complextableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>中性材料有非常少的材料在與其它材料接觸或者摩擦?xí)r不容易得失電子。注釋<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>帶負(fù)電的材料下面的材料在與其它材料接觸時(shí)將趨向于得電子。它們是按照從最難得電子的材料到容易得電子的材料的順序而列出。注釋<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>產(chǎn)生靜電的最佳材料組合是一種來自正電列表，另一種來自負(fù)電列表。但是由正電列表中的兩種材料或者負(fù)電列表中的兩種材料也能產(chǎn)生適量的靜電。例如，在將趨向于失電子的兩種材料放在一起摩擦?xí)r，趨向最大的材料將適當(dāng)帶正電(+)。同樣地，在將趨向于得電子的兩種材料放在一起摩擦?xí)r，趨向最大的材料將適當(dāng)帶負(fù)電(一)。如圖2所示，用在有效場極化介質(zhì)空氣凈化器中的本發(fā)明的過濾介質(zhì)使用了來自摩擦靜電等級中不同部分的和/或優(yōu)選是不同側(cè)的纖維混合物。具體地，過濾層15A含有來自摩擦靜電等級的不同側(cè)的纖維混合物(混合的摩擦靜電過濾層)。過濾層15A中的不同纖維可以是在整個(gè)過濾層15A中交織和混合在一起，或者作為替換，過濾層15A中的不同纖維可以是將單獨(dú)的第一和第二過濾材料層放置在一起彼此接觸。也就是說，第一過濾材料層由來自摩擦靜電等級一側(cè)的纖維制得，第二過濾材料層由來自摩擦靜電等級另一側(cè)的纖維制得。第一和第二過濾材料層放置在一起彼此接觸以形成混合的摩擦靜電過濾層15A?；旌系哪Σ领o電過濾層15B類似于混合的摩擦靜電過濾層15A。將來自摩擦靜電等級不同側(cè)的纖維混合在一起(通過交織或者接觸)的重要特征在于，這些纖維的混合物在這種混合的摩擦靜電纖維層15A、15B中的纖維上產(chǎn)生相對的正電荷和負(fù)電荷的聚集。這種結(jié)合的材料可以從AlhstromAirMedia獲得，該公司的HP材料系列是變性聚丙烯睛和聚丙烯的混合物，以及從HollingsworthandVose獲得，該公司的Technostat材料是丙烯酸和聚丙烯的混合物。在無源靜電過濾器的制造和設(shè)計(jì)中眾所周知，適當(dāng)混合來自摩擦靜電等級不同側(cè)的材料將會提高介質(zhì)的效率，這種提高不同于僅根據(jù)介質(zhì)的密度、即介質(zhì)的無源機(jī)理所作出的預(yù)期。其它類型的無源靜電過濾器通過各種各樣的技術(shù)在介質(zhì)上產(chǎn)生電荷。無源靜電過濾器的一個(gè)問題在于，隨著纖維被污染物覆蓋和/或由于各種因素(濕度、化學(xué)、溫度)逐漸放電，歸因于靜電吸引的初始效率實(shí)際上將會下降。雖然在靜電場中放置大量的過濾介質(zhì)能夠提高它們的效率，但情況并非總是如此。事實(shí)上，許多無源靜電介質(zhì)表現(xiàn)為沒有提高，或者實(shí)際上表現(xiàn)的更糟。但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將摩擦靜電類型的駐極體(electret)介質(zhì)放置到極化場中確實(shí)能提高其效力并消除其可見的效率下降。(在這里引證對于混合的摩擦靜電過濾層的原因)摩擦靜電層可以相對較薄，因此可以在空氣凈化器介質(zhì)內(nèi)的不同位置一起或者單獨(dú)使用一層或者多層，即在其一側(cè)或者兩側(cè)放置其它介質(zhì)材料。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，在混合的摩擦靜電過濾層15A的上方是相對稀疏的纖維層16E。中心網(wǎng)13上面的過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)重復(fù)設(shè)置在中心網(wǎng)13的下面，即第二相對稀疏的纖維層16F位于第二混合的摩擦靜電過濾層15B的上方。相對稀疏的層可以是各種材料或者彼此不同的材料。如圖3所示，用在有效場極化介質(zhì)空氣凈化器中的本發(fā)明的過濾介質(zhì)組合了玻璃纖維中心網(wǎng)14A、14B和來自摩擦靜電等級不同側(cè)的纖維的混合物。圖3中的過濾介質(zhì)是圖1和圖2中所示過濾介質(zhì)的組合。這種組合合并了每個(gè)實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)，能使系統(tǒng)的效率最大化。具有密度較高的介電材料層及隨后的密度較低的介電材料層的過濾介質(zhì)顯示于圖4中。圖4中所示的過濾介質(zhì)類似于圖2中所示的過濾介質(zhì)。但在圖4中，在材料密度相對較高的過濾層16E的后面設(shè)置有材料密度相對較低的附加過濾層25A。具有密度較低的介電材料層及隨后的密度較高的介電材料層的另一種過濾介質(zhì)顯示于圖5中。圖5中所示的過濾介質(zhì)類似于圖3中所示的過濾介質(zhì)。但在圖5中，在過濾層16B的后面設(shè)置有材料密度相對較低的附加過濾層25A。另外，在圖5中，在過濾層16D的后面、在穿過有效場極化介質(zhì)空氣凈化器的氣流末端設(shè)置有材料密度相對較低的第二附加過濾層25B。這些實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是減小了氣流阻力。密度最高的介質(zhì)層具有最大的氣流阻力。如果密度最高的層與其中一個(gè)電極相對，則其面積將由該電極的面積而被有效減小。這將增加空氣穿過剩余面積的速度，并提高了氣流阻力。通過將密度較低的層置于電極和密度最高的層之間，將增加穿過密度較低的材料而不是密度最高的材料的空氣速度，從而顯著減小了氣流阻力。在圖6中，中心網(wǎng)13上方的過濾介質(zhì)部分與圖1中所示的相同；中心網(wǎng)13下方的過濾介質(zhì)部分與圖5中所示的相同。該實(shí)施方式提供了優(yōu)異的裝載特性。通過將較大的顆?；蛘呙芏容^低和/或動(dòng)量較小的顆粒捕獲到密度較低的上游的層上，密度更高的層則不會被堵塞且能夠主要吸附較小(即密度較高和/或動(dòng)量較大)的顆粒，因此具有較長的使用壽命。因此，該介質(zhì)允許顆粒在介質(zhì)容積內(nèi)均勻分布。在圖7中，中心網(wǎng)13上方的過濾介質(zhì)部分與圖3中所示的相同；中心網(wǎng)13下方的過濾介質(zhì)部分與圖5或圖6中所示的相同。在圖8中，根據(jù)本發(fā)明，中心網(wǎng)13上方的過濾介質(zhì)15C、15D是混合的纖維層，該纖維層具有來自摩擦靜電序列不同側(cè)的纖維。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，最外層介質(zhì)之一可以使用光催化材料進(jìn)行處理。然后空氣凈化器可以與紫外(UV)光源連接來分解氣相污染物。理想情況下光催化層可以是最下游的層。這可以使其保持基本免受顆粒污染。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，過濾器框架的外網(wǎng)/電極使用光催化劑進(jìn)行處理。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，中心網(wǎng)可以具有除臭特性，比如滲碳泡沫或網(wǎng)。下游的低密度材料層可以使用催化劑進(jìn)行處理，用于分解voc、其它活性氣相污染物和/或臭氧和/或生物污染物。外網(wǎng)和/或介質(zhì)層中的至少一者可以使用光催化劑進(jìn)行處理，在光照、尤其是uv光照下，光催化劑可以破壞氣態(tài)雜質(zhì)，比如voc和生物污染物。后面的結(jié)構(gòu)可以是與一個(gè)或者多個(gè)uv光源近距離接合，從而獲得光催化效果。各構(gòu)件綜合能夠顯著地降低向氣流施加光催化劑的成本。催化劑可以施用到上游或者下游的網(wǎng)。系統(tǒng)可以包括中央uv光源來照射經(jīng)過處理的網(wǎng)的上游和下游的處理過的網(wǎng)。在對介質(zhì)層施用光催化劑的情況下，優(yōu)選實(shí)施方式中可以是最下游的層，因?yàn)樵搶幼畈蝗菀妆晃廴疚镂廴尽ｋm然上述本發(fā)明參考了各種實(shí)施方式，但是在總體上不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和元素進(jìn)行修改。具體地，各種層或元素可以進(jìn)行組合或者重復(fù)以實(shí)現(xiàn)各種效果。例如，圖7a顯示了空氣凈化器的基礎(chǔ)原理，圖7b顯示了一種類型的組裝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。雖然出于清楚方面的原因，各種元素作為獨(dú)立的層予以顯示，但是兩個(gè)或者更多個(gè)"層"可以是組合到單個(gè)層或材料中。上述公開的本發(fā)明可以各種方法使用，包括但不限于，用在HVAC系統(tǒng)、自容式過濾器/風(fēng)扇裝置、工業(yè)空氣凈化系統(tǒng)、除塵器等中。雖然上述實(shí)施方式主要描述了扁平型過濾器結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明可以同樣適用于其它結(jié)構(gòu)，包括但不限于，多平板V型結(jié)構(gòu)組合、板的互聯(lián)組合和V型結(jié)構(gòu)單元以及用于除塵系統(tǒng)的圓柱形過濾器。權(quán)利要求1.一種用于有效場極化介質(zhì)空氣凈化器的過濾介質(zhì)，該過濾介質(zhì)包括第一過濾材料墊；第二過濾材料墊；以及置于所述第一過濾材料墊與所述第二過濾材料墊之間的透氣網(wǎng)，所述透氣網(wǎng)的電阻率大于所述第一過濾材料墊的電阻率和所述第二過濾材料墊的電阻率。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾介質(zhì)，其中所述第一過濾材料墊和所述第二過濾材料墊為纖維聚酯。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾介質(zhì)，其中所述透氣網(wǎng)為玻璃纖維網(wǎng)。全文摘要一種用于有效場極化介質(zhì)空氣凈化器的過濾介質(zhì)，包括兩層介電材料，并且在低阻抗的該介電層之間夾設(shè)有高阻抗的透氣網(wǎng)。該過濾介質(zhì)還可以包括混合的纖維過濾層，該層具有來自摩擦靜電等級不同側(cè)的纖維。該過濾介質(zhì)還可以包括密度相對較高的介電材料層及隨后的密度相對較低的介電材料層。文檔編號B03C3/04GK101365542SQ200680052527公開日2009年2月11日申請日期2006年12月29日優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日發(fā)明者B·H·克普納,F·懷澤,G·R·薩默斯申請人:環(huán)境管理聯(lián)合公司