专利名称：大气流的离子空气净化器的制作方法
技术领域：
大气流的离子空气净化器技术领域一般而言，本实用新型涉及静电或离子空气净化器，更具体地说，涉及一种具有大的气流量和洁净空气流量(CADR)的离子空气净化器。
背景技术：
.通常，离子空.气净化器包括百叶窗式或格栅式外壳，壳体内部具有静 电吸引和去除空气中颗粒物的电离器单元。电离器单元包括两间隔分布的 电极阵列，它们分别联结到电源的正和负高压输出端。其中一列在本领域 有时称作电暈电极的电极一般呈细金属线状，而另 一列在本领域有时称作 收集电极的电极一般呈叶片状。电极之间的电压通常是10-20千伏(kV) 量级。离子空气净化器通常利用电动原理来产生气流而不采用风扇或其它机 械运动部件。在第一和第二电极阵列之间产生的电场导致电动气流从第一 阵列移向第二阵列。包括灰尘颗粒和其它不希望有的颗粒物在内的环境空气通过位于外壳上游侧的格栅或百叶窗开口进入外壳，借助电晕电极阵列 而带电，然后混入空气中的颗粒物被静电吸引到收集电极阵列的表面并停 留于该表面处，于是可去除通过外壳下游侧的格栅或百叶窗开口排出外壳 的气流中的颗粒物。通过从外壳中取出组件并用布擦拭叶片可以清除收集 电极阵列所捕获的颗粒物。存在于电极阵列之间的高压电场能引起产生臭氧(03)和氮氧化物 (NOJ的电暈效应。臭氧可抑制细菌、霉菌和病毒的生长并有助于消除排 出的空气中的异味，但是由于高浓度的臭氧对人体健康有害，人们期望能 控制臭氧的释放。上述这类传统的离子净化器存在的问题是，空气流速低和伴随的气流 量小，即在给定时间内流过净化器的空气量少。尽管通过电极阵列增加动 力牵引可增大电动气流已广为人知，但这种措施又将增加不期望的臭氧和 氮氧化物的生成量。实用新型内容因此，人们期望提供一种既具有最大气流量又能控制臭氧和其它电晕 效应产物产生的离子空气净化器。本实用新型的目的在于提供一种能解决 这些问题克服上述缺陷及其他缺陷的离子空气净化器。本实用新型所提供的空气净化器包括外壳，其上具有接纳和排出流 过该外壳的空气的开口；处于外壳内的第一电极组件，该第一电极组件包 括金属线状的第一电极，可将该电极设置成离第一电极组件的其他任一电 极的距离不近于75mm;处于外壳内的第二电极组件，该第二电极组件包括 多个叶片状第二电极，可将第二电极的所有部分设置成距第一电极的任一 部分的距离不近于30 mm;用于在第一电极和每一第二电极之间提供电位 的高压电源。优选第一电极组件具有不多于一个的第一电极。可在外壳中设置不多 于一个的第一电极。第一电极的直径可大于O.lmm和小于0.3mm。电源在第 一 电极和每一第二电极之间可提供23-50 kV的电位。电源向 笫一电极可提供相对于参考地电位为正的电压，而向每一所述第二电极可 提供相对于参考地电位为负的电压，优选所述正电压和所述负电压的值基 本相等。优选电源在第一电极和每一第二电极之间提供约30kV的电位。每一第二电极可具有钝的前缘和后缘，每一第二电极的前缘和后缘中的至少之一可具有大于lmm的曲率半径。可将第一和第二电极彼此最接近的部分设置成相互间距离在30和50 mm之间。较优选的是，第一和第二电极彼此最接近的部分相互间的距离在 36和42mm之间。此外，本空气净化器还可包括插在第一电极和第二电极组件之间的 用绝缘材料制成的防护件；可将第一电极的第一端置于第一绝缘保持架内，可将第二电极的对应第一端置于第二绝缘保持架内，可将第二电极的第一 端置于第一电极的第一端和第一电极的第二端之间的第二绝缘保持架内， 防护件的至少 一部分延伸于第 一绝缘保持架和第二绝缘保持架之间。 优选防护件的至少一部分延伸于第一绝缘保持架和超出所述第二绝缘保持架5-10 mm的部位之间，该防护件可包括包围第 一 电极一部分的管。 根据本实用新型的另一方面，提供一种空气净化器，其包括外壳，其上具有接纳和排出流过该外壳的空气的开口 ；处于外壳内的第一电极组 件，该第一电极组件包括不多于一个的金属线状第一电极；处于外壳内的 第二电极组件，该第二电极组件包括多个叶片状第二电极；用于在第一电 极和每一个第二电极之间提供约23和50kV之间的电位的高压电源。优选在外壳中设有不多于一个的第一电极，该第一电极的直径可以约 为0.2mm。根据本实用新型的再一方面，提供一种空气净化器，其包括外壳， 其上具有接纳和排出流过该外壳的空气的开口 ；处于外壳内的第 一电极组 件，该第一电极组件包括金属线状第一电极；处于外壳内的第二电极组件， 该第二电极组件包括多个叶片状第二电极，每一第二电极被设置成和所述 第一电极基本平行；用于在第一电极和每一第二电极之间提供电位的高压 电源，该电源具有用于通过控制电极电压响应电极电流变化的反馈电路。优选所述反馈电路包括用于向所述电极提供脉宽调制信号的脉宽调制 (PWM)电路，所述反馈电路通过调制信号响应电极电流的变化。本空气净化器可以是由于电动效应而使空气流过外壳的那种类型。根据本实用新型，已经发现，由于第一电极的电场是一个矢量，并且 只有在空气流过外壳的所述期望方向上的分量才有助于期望的电动效应， 因此，由于存在其它第一电极产生的邻近电场，沿除空气流过外壳的所述 期望方向之外的其他方向将非期望地增加气流。由此引起的紊流能抑制期 望方向上的最大气流。在本实用新型的一些实施例中，设有多于一个的第 一电极，虽然所述间隔与第一和第二电极之间的电压(电位)有关，但任 何第一电极优选与其他任意一个第 一电极的间隔不近于40毫米(mm)(更 优选为75mm )。本实用新型的其他特征致力于解决涉及高电压的问题。例如，优选第 二电极的所有部分距第一电极的任一部分的距离不近于30 mm,尽管此间 隔可能与电压有关。在本实用新型此示例性实施例中，电压是23-50千伏， 第一电极和任一第二电极的最接近的相应点间的距离是30-50mm。根据本实用新型，由于电源在第一电极和第二电极之间提供的电位远高于常规类型的传统空气净化器所提供的电位(例如可提供高达23-50 kV 的电位)，较高的电压可引起较高的空气流速和伴随的大空气流量，因此， 可提供较大的洁净的空气流量(CADR)。
图1是本实用新型一实施例的空气净化器的元件透^L图； 图2是本实用新型另 一 实施例的空气净化器的元件顶视图； 图3是图1所示的电极组件的透视图，它示出了第一电极组件的绝缘 防护件；图4是沿图3中线4-4剖切的横剖面图； 图5是图1所示的空气净化器的电源电路框图。
具体实施方式
如图1所示，在本实用新型一示例性实施例中，离子空气净化器包括 金属线状第一电极10 (在本领域有时称作电晕电极)和多个叶片状的第二 电极12(在本领域有时称作收集电极)。虽然为了说明而在图1中示出了三 个第二电极12,但在其他一些实施例中可以有更多或更少的这种第二电极。 高压电源14的正极端子经限流电阻16与第一电极10联结，电源14的负 极端子经另一限流电阻18与每一第二电极12联结，而接地端子与地或其 等同物联结。第一电极IO优选由细金属线组成，其直径约为0.2毫米(mm)，当然， 直径或宽度在0.1和0.3mm之间的金属线或其他细长结构也是适合的。例 如，极薄的条或带也适合。第二电极12呈叶片状或桨状，它们具有宽度基 本相似的相对表面。虽然在本实用新型的图示实施例中相对表面呈扁平状 或平面状且互相平行，但在其他一些实施例中，它们可以呈弯曲状、拱状、 等高线状等，可具有表面结构部分(feature)或任何其他适合的象叶片那样 的形状。然而，人们认为光滑的、无结构部分(feature)的表面能使不希望 的电晕最小。为了进一步将电暈减到最小，第二电极的一或两边缘为无尖 的圓形形状，优选其曲率半径大于lmm。虽然优选采用如不锈钢之类的抗 腐蚀和便于清洁的材料但可采用任何合适的导电材料制成电极10和12。可将上述元件装入合适的外壳20中并保持在合适的机械组件内(为了 清晰起见没有示出)，例如，如在名称为"AIR PURIFIER WITH ELECTRODE ASSEMBIY INSERTION LOCK"的美国专利No.6，946,103所描述的那样， 该专利的说明书的全部内容作为参考结合于本申请中。关于空气流过外壳20的期望的方向，如箭头22所示，外壳20的上游侧具有格栅形或百叶窗 形进气口 24，外壳20的下游侧具有相似的排气口 26。在第一电极10和第 二电极12之间施加指示电位时，引起的电动效应导致空气通过进气口 24 进入外壳20，通过电极10和12流过外壳20，并通过排气口 26排出外壳 20。空气中所夹带的颗粒物被静电吸引到电极12的表面并被收集于该表面 上。值得注意的是，图1所示的示例性实施例中只有单一的一个第一电极 10。业已发现，与在一些传统的净化器中一样，本实用新型中存在的由其 他这样的第一 (即电晕)电极引起的邻近电场能不期望地增大不同于箭头 22所示气流方向的气流，因此干扰了期望方向的气流。通过电动效应赋予空气的动能值随着由第一和第二电极10和12限定 的电路的功率消耗的增长而增长。于是，为使空气流速最大，乍一看来最 理想的是使功率最大。然而，大的电极电流可能导致产生不希望的臭氧和 氮氧化物量的电晕效应。由于功率是电压和电流的数学乘积，因此本发明 不是使电流最大而是使电压最高(对消费品而言，确信在安全的范围和理 想的限度内)并控制电极电流。尽管下面将进一步详细地描述电源14，此处值得提醒的是，在本示例 性实施例中电源在第一电极10和每一个第二电极12之间提供约23-50千伏 (kV)的电位。更为优选的是，电源提供约30千伏的电位。在约23-50kV 的电位时，电极电流一般小于约500微安(mA)。为了避免在任一电极上 施加过高的电压(相对于地)，可将电位等分或在第一电极10和每一第二 电极12之间至少近似相等。因此，例如，在一实施例中，电源14在第一 电极10和每一第二电极12之间提供30kV的电位，电源14可向第一电极 10提供相对于地电位为+ 15kV的电位，可向每一第二电极12提供相对于 地电位为-15kV的电位。当然，在其他一些实施例中也可省略参考地电位。第一电极10和任一第二电极12的最接近的点之间的最佳距离或间隔 与它们之间的电位有关。较高的电位影响使电晕最小的较大距离或间隔。 图1所示的轴线28的一部分延伸于第一电极10和第二电极12各最接近的 点之间。沿轴线28各最接近的点之间的间隔、即第一电才及10的后缘和中 间的第二电极12的前缘之间("前"和"后"是针对气流方向而言的)优 选至少为30mm,更优选为30-50 nun。被认为是最佳的间隔为35-45 mm。邻近的第二电极上各最接近的点之间的间隔优选为25-40 mm。虽然在本实用新型此实施例中，轴线28平行于气流方向(箭头22), 而在其他 一 些实施例中延伸于各自最接近电极点之间的轴线可以任何其它 适合的方式取向。同样，虽然在本实施例中第二电极12平行于气流方向、 互相平行、且平行于第一电极10，但在其他一些实施例中它们可以任何其 它适合的方式取向。当然，可以认为使图1所示方式中电极12的取向与第 一电极IO和第二电极12中之一沿相同轴线28的气流方向相同可使气流最 大。如图2所示，在本实用新型另一实施例中，两个第一电极组件30和31 各自包括第一电极32和34，两个第二电极组件36和37各自包括两组第二 电极38和39。虽然在本实施例中每一组第二电极38和39对应于第一电极 组件30和32中之一，在其他一些实施例中第一电极组件的数量可以与第 二电极组件的数量不同。例如，在一类似的实施例中(未示出)，电极38 和39可能包括于同 一组件中。电极32、 34和36和前面相对于图1所示的实施例的描述相同。重要 的是，在第一电极32和34之间的间隔或距离40至少为75mm,以避免不 期望的电场干扰，人们认为这种干扰可抑制气流。因此，使它们包括于分 开的组件30和31中。如前面相对于图1所示实施例描述的那样，在第一 电极32和34与任一第二电极38或39最接近的点之间的间隔或距离42优 选至少为30mm,更优选为30和50mm之间。最佳的是，距离42在38和 40mm之间。当然，正如上面所提到的那样，最佳距离和电极电压是彼此相 关的。在所有其他方面，本实用新型此实施例和前面相对于图1所示实施 例的描述相同。值得注意的是，上述的第二电极38和39的前缘的曲率半 径44至少为lmm。图3-4示出的方式是第一电极(例如，图1中的电极10)被保持在第 一电极组件中并用可增强磁场分布的防护件46屏蔽。防护件46由如塑料 或陶瓷之类的适于对电晕放电起屏蔽作用的绝缘材料制成。防护件46包括 空心管部分48和半管形延伸部分50。第一电极10的一端被保持在由如塑 料或陶瓷之类的适合的绝缘材料制成的防护件46内侧的保持架52内。与 此类似，每一第二电极12的对应端保持在适当的绝缘保持架54内，该绝 缘保持架是第二电极组件的一部分。虽然为了清楚起见，图3-4中只泛泛地或概念化地示出了保持架54，但是电极组件可具有上述提到的参考文件美 国专利No. 6,946,103所描述的或本领域公知的其他各种结构。第一电极10 的另一端被保持在类似于保持架52的保持架56内，并且每一个第二电极 12的相应另一端被保持在类似于保持架54的保持架58内。保持架54和 58及将其包括在内的电极组件的特征、即允许电极组件为了清洁可从外壳 12 (图1 )卸下并在运行期间保持或锁定在外壳12内，这些已在上面提到 的美国专利No. 6,946,103中被披露。应注意的是，保持架54的末端60延伸至第一电极10的两端之间的部 位，管状部分62的端部近似平坦或水平。业已发现，因为第一电极10和 第二电极12具有不同的长度，电场可能分布不均匀，这可能导致主要从保 持电极10的端部的区域发出放电噪音。为了调整电场分布和由此维持低噪 音的运行，半管状延伸部分50伸出该部位一段距离64。优选距离64至少 为5 mm。虽然这种利用管状部分62和延伸部分50的双层壁屏蔽结构是合 适的，但在其他实施例中防护件46可以是不同的结构。例如，管状部分62 可以比较长，伸出保持架54的端部60的长度接近距离64。如图5所示，电源14 (图1)以闭合环路或反馈形式工作，以调节电 极电流。如下面将更详细地描述的那样，通过控制电极电压使电路响应因 空气中颗粒物和湿度的变化而引起的电极电流的变化。电源电路主要包括微控制器66、脉宽调制(PWM)信号发生器68、线路滤波器70、低压电源72、整流器74,场效应晶体管(MOSFET) 76、变压器78和高压倍增器80。通过主电源开关81进行控制时，线路滤波器70接受并过滤家用电源(household unility power)(例如，120 VAC )。低压电源72接受过滤后的有效功率并提供电源微控制器66所需的数字电压(例如，5VDC)。整流器74将交流电转换为直流电，变压器78使电压升压。同样，高压倍增器80成倍地增加提高后的电压至电极电压(例如+ 15和- 15kV)。电路通过变压器78的初级侧、并通过MOSFET76的漏极端子和电阻82接地。此电路还向微控制器66提供表示电极电流的反馈信号。接入变压器78输出端的峰值电压整流器84可使微控制器66监控峰值电压。复位开关86和两个控制开关88和90使得使用者可控制电源的工作情况(例如，"接通"，"断开"等等)于是，可将空气净化器看作一个单元。微控制器66还控制一些状态指示发光二极管92。微控制器66将反馈信号数字化并响应所述相应的数字值，调节提供给PWM信号发生器68的数字信号。由PWM信号发生器68输出的脉冲序列 控制MOSFET76。据此可改变脉冲序列的工作循环和频率，使MOSFET76 调节输出电压(在高压倍增器80的输出中用"+ "和"-"来指示)。如 果电路检测到电极电流增加到高于预定的正常工作值(例如，300 nA)，电 路通过降低所需的输出电压量进行响应，以维持基本恒定的功率。此外， 如果微控制器66检测到电极电流超过正常由预定量限定的工作范围，通过 切断电源进行响应，以避免可能发生的有害情况。显然，对本领域技术人员而言，可在不超出本实用新型的构思或范围 的前提下对本实用新型作出各种改型和变换。所以，这意味着本实用新型 涵盖落入任一权利要求的保护范围及其等同范围的所有改型和变换。就权 利要求而言，除非权利要求包括后面接有分词的词语"意味着(means for )，，， 没有权利要求规定为援引35U.S.C.部分112的第六段。
权利要求1.一种空气净化器，其特征在于，包括外壳，其上具有接纳和排出流过该外壳的空气的开口；处于所述外壳内的第一电极组件，该第一电极组件包括金属线状的第一电极，该电极被设置成离所述第一电极组件的其他任一电极的距离不近于75mm；处于所述外壳内的第二电极组件，该第二电极组件包括多个叶片状第二电极，所述第二电极的所有部分被设置成距所述第一电极的任一部分的距离不近于30mm；和用于在所述第一电极和每一所述第二电极之间提供电位的高压电源。
2. 如权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，所述第一电极组件 具有不多于一个的第一电极。
3. 如权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，在所述外壳中设有 不多于一个的第一电极。
4. 如权利要求3所述的空气净化器，其特征在于，所述第一电极的直 径大于O.lmm禾口小于0.3mm。
5. 如权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，所述电源在所述第 一电极和每一所述第二电极之间提供23-50 kV的电位。
6. 如权利要求5所述的空气净化器，其特征在于，所述电源向所述第 一电极提供相对于参考地电位为正的电压并向每一所述第二电极提供相对 于参考地电位为负的电压，其中所述正电压和所述负电压的值基本相等。
7. 如权利要求5所述的空气净化器，其特征在于，所述电源在所述第 一电极和每一所述第二电极之间提供约30kV的电位。
8. 如权利要求5所述的空气净化器，其特征在于，每一所述第二电极 具有钝的前缘和后缘，每一第二电极的所述前缘和后缘中的至少之一具有 大于lmm的曲率半径。
9. 如权利要求5所述的空气净化器，其特征在于，第一和第二电极彼 此最接近的部分被i殳置成互相距离在30和50 mm之间。
10. 如权利要求9所述的空气净化器，其特征在于，第一和第二电极彼 此最接近的部分被设置成互相距离在36和42 mm之间。
11. 如权利要求5所述的空气净化器，其特征在于，还包括 插在所述第 一电极和第二电极组件之间的用绝缘材料制成的防护件； 其中所述第一电极的第一端被置于第一绝缘保持架内，所述第二电极的对应第一端被置于第二绝缘保持架内，所述第二电极的第一端被置于所 述第一电极的第一端和所述第一电极的第二端之间的第二绝缘保持架内， 所述防护件的至少一部分延伸于所述第一绝缘保持架和所述第二绝缘保持 架之间。
12. 如权利要求11所述的空气净化器，其特征在于，所述防护件的至 少一部分延伸于所述第一绝缘保持架和超出所述第二绝缘保持架5-10mm 的部位之间。
13. 如权利要求11所述的空气净化器，其特征在于，所述防护件包括 包围所述第一电极一部分的管。
14. 一种空气净化器，其特征在于，包括外壳，其上具有接纳和排出流过该外壳的空气的开口 ；处于所述外壳内的第 一 电极组件，该第 一 电极组件包括不多于 一个的金属线状第一电极；处于所述外壳内的第二电极组件，该第二电极组件包括多个叶片状第二电极；和用于在所述第一电极和每一个所述第二电极之间提供约23和50kV之 间的电位的高压电源。
15. 如权利要求14所述的空气净化器，其特征在于，在所述外壳中设有不多于一个的第一电极。
16. 如权利要求15所述的空气净化器，其特征在于，所述第一电极的 直径约为0.2mm。
17. —种空气净化器，其特征在于，包括外壳，其上具有接纳和排出流过该外壳的空气的开口 ； 处于所述外壳内的第 一 电极组件，该第 一 电极组件包括金属线状第一 电极；处于所述外壳内的第二电极组件，该第二电极组件包括多个叶片状第二电极，每一所述第二电极被设置成和所述第一电极基本平行；和用于在所述第一电极和每一所述第二电极之间提供电位的高压电源， 该电源具有用于通过控制电极电压响应电极电流变化的反馈电路。
18.如权利要求17所述的空气净化器，其特征在于，所述反馈电路包 括用于向所述电极提供脉宽调制信号的脉宽调制电路，所述反馈电路通过 调制信号响应电极电流的变化。
专利摘要本实用新型公开了一种空气净化器，其包括外壳、高压电源、第一电极组件、和第二电极组件，在第一电极组件中，金属线状的第一电极或是唯一的第一电极，或是与任何其他第一电极互相间隔足够远的第一电极，以避免互相之间存在不希望的影响，第二电极组件中设有多个叶片状的第二电极。本空气净化器可以是气流因电动效应而流过外壳的那种类型。为增大气流速度，第一和第二电极之间的电压较高(如为23-50kV)，因此第一和第二电极间隔距离较大(如至少为30mm)。由于电源在第一电极和第二电极之间提供的电位远高于传统空气净化器所提供的电位，较高的电压可引起较高的空气流速和伴随的大空气流量，因此，可提供较大的洁净的空气流量(CADR)。
文档编号A61L9/22GK201171810SQ200720186610
公开日2008年12月31日 申请日期2007年10月8日 优先权日2006年10月2日
发明者冷胜文, 刘广胜 申请人:西尔马克控股有限公司