空气过滤系统的制作方法

专利名称：空气过滤系统的制作方法
空气过滤系统背景技术对加热、通风和空气调节(HVAC)设备所循环的空气进行过滤越来越成为人 们所需要和必要的程序。过去，人们设置与HVAC设备相联的空气过滤系统和装 置以将设备保持在清洁和高效状态。但是，近年来室内空气的过滤对维护和改善人 们的健康以及保持内部空间和家居更加清洁变得很重要。空气过滤器选择标准包括过滤器集尘"效率"、整个过滤器上的空气压降、过 滤系统的可用空间、系统的污物或灰尘保存容量，当然还有初建和更换成本。关于 住宅和商用设施的室内空气过滤，越来越需要能适当地进行微粒过滤的过滤器。广 泛地使用常规静电电滤器型过滤器，其中电晕场对靠近过滤器结构的微粒充电，微 粒被捕集在高压金属板或电极上。随着灰尘积聚在过滤板上，过滤器的效率降低， 且因此这种类型的过滤器通常需要频繁的维护。在这方面，业已开发了一种称为强 电场电介质(intense field dielectric)类型的过滤器，其中电极被密封在电介质材料 内并将电荷引入到电介质表面上，从而产生高效的微粒捕集，且其中微粒失去电荷 以在空气流过过滤器系统时维持电场。2004年6月15日出版的授予Griffiths等人 的美国专利6,749,669涉及一种强电场电介质型的过滤系统。美国专利6，749，669 的主题内容结合在此作为参考。但是强电场电介质过滤器装置在开发可以结合在 HAVC设备中的实用、经济的过滤器系统中产生了某些问题，例如，该系统作为附 加物附连于HVAC装置的以及用作插入空气流动管道的独立过滤器。出于与执行 IFD过滤器的基本构造相关的需要和迫切要求，开发了本发明。发明内容本发明提供了一种改进的空气过滤系统，该系统尤其适用于过滤室内空间的空 气，包括住所单元和商业建筑。具体地说，本发明还提出了一种HVAC设备的单 元，它包括独特的强电场电介质空气过滤系统。本发明还提供了一种强电场电介质 过滤系统，它可作为与HVAC设备单元相关联的附加装置而被结合，此外，本发 明还提供了一种强电场电介质过滤系统，它可作为独立型系统或插入为了加热或冷却目的而循环通过有空气的管道中。根据本发明的一方面，提供了一种空气过滤系统，该空气过滤系统设有框架， 该框架用于支承常规的碰揸空气过滤器单元；所谓的电场充电单元；以及强电解质 型的一个或多个空气过滤器单元，所有的单元都保持在框架上以方便地移除，用于 进行清洗、维修和更换。本发明的空气过滤系统包括可互换地安装在上述框架上的 至少一个、且较佳地是两个或多个过滤器单元，并通过可移除的门保持在框架上， 该门包括系统控制和监测装置，由此可方便地移除过滤器单元以进行清洗或更换。 过滤器单元彼此互锁以防止气流旁通流过过滤器单元，并且设有电极接触件，该电 极接触件与导电件连接，该导电件与过滤器单元的相对两侧上的接触件连接。在过 滤器单元的电介质电路中插设有电阻器以使与可保持电荷或仍然与高压电源连接 的处理单元相关的危险最小。根据本发明的另一方面，提供一种静电或强电场电介质型的空气过滤系统，该 系统包括显示过滤器运行状态的视觉显示器，包括被点亮的通/断开关和重置开关。 这些装置安装在可闭锁于闭锁位置的门上，该门较佳地包括一机构，当门不闭锁或 打开时，可操作该机构以致动所谓的短路杆(shorting bar)，该短路杆释放过滤系 统的各主要部件上的电势，这些部件包括支承结构上的一个或多个过滤器单元，这 样，使操作人员在这些部件上还存在电荷使就将过滤器单元从支承结构上拆下的机 会最小。此外，本发明的过滤系统提供了一种可操作地与互锁开关相关联的门，当门从 关闭位置移到打开位置时，该互锁开关还将电源切断。该门构造成便于移除，使得 作为预过滤器而设置的常规碰撞型空气过滤器、电场充电单元和一个或多个过滤器 单元能被方便地移除和更换。本发明还提供了一种强电场电介质空气过滤系统，该过滤系统在进入该系统的 空气入口处具有一排紧凑的电场充电电极，并设有构造独特的过滤器介质以在电解 片或构件的表面上提供施感电荷(inducing electrical charge)以形成强电场，该电 场会产生高效的微粒捕集。过滤器元件被布置成具有独特的导电件和电极布置以提 供电场的紧凑的堆叠或核心组件。空气过滤系统的电场充电单元还包括确保电连续 性、使旁通空气流最小，并提供具有较长使用寿命的充电单元的某些特征部件。本发明还提供了一种具有控制系统的空气过滤系统，该系统包括互锁开关，当 机壳或框架的门移动到打开位置时，该互锁开关将电源与过滤系统断开。控制系统 还包括显示器和开关，显示器和开关指示需要清洗过滤器部件以及是否向过滤系统供电。控制系统提供全调节高压电源，该电源包括使有害放电的风险最小的电路。 结合附图阅读了下文的详细说明之后，本领域的技术人员还会理解本发明的上 述优点和优越特征，以及其它重要方面。


图1是空气调节单元的立体图，该单元包括本发明的过滤系统的实施例，该过 滤系统构造为空气调节单元的附件；图2是空气调节单元的立体图，该单元包括本发明的空气过滤系统的实施例， 该过滤系统作为与空气调节单元成整体的部分；图3是示出了本发明的空气过滤系统的实施例的立体图，该过滤系统作为设置 在空气返回管道中的基本上独立的单元；图4是示出了本发明的空气过滤系统的主要部件的立体图；图5是图4中示出的系统的框架或机壳的立体图；图6是大致沿图4的线6-6截取的详细剖视图；图7是用于本发明的空气过滤系统的电场充电单元的分解立体图； 图8是大致沿图7的线8-8截取的详细剖视图； 图9是大致沿图7的线9-9截取的详细视图；图10是用于本发明的空气过滤系统的可互换和可移除过滤单元之一的立体图；图11是用于图10中所示过滤器单元的过滤器单元核心组件的立体图；图12是图U所示核心组件的正视图；图13是图11和12中所示核心组件的侧视图；图14是示出了核心组件保持在过滤器单元的框架中的方式的详图； 图15是示出了过滤器单元的过滤器构件的布置的分解立体详图； 图16是大致沿图4的线16-16截取的剖视图，其中，空气过滤系统的主要部 件装配于系统机壳内并连接到系统机壳；图17是图16中被圈出的区域17的放大详图； 图18是图16中被圈出的区域18的放大详图； 图19是图16中被圈出的区域19的放大详图；图20是用于图4所示的空气过滤系统的可移除门的前侧和外侧的立体图； 图21是图4和20所示的门的后侧的立体图；图22是示出了控制系统的某些部件，以及当门未闭锁时用于短路电场充电单 元和过滤器单元的触点的机构；图23是本发明的空气过滤系统的控制电路的框图；以及图24是示出了到用于本发明的空气过滤系统的过滤器单元的电连接的较佳布 置的示意图。
具体实施方式
在以下说明书中，在整个说明书和附图中分别用相同的标号表示相同的部件。 为了清晰和简明，附图不一定是按比例绘制的，且某些特征部分可示意地或以一般 的形式示出。现参见图1，其中示出了本发明的一个实施例，包括总体用标号30表示的强 电场电介质空气过滤系统。过滤系统30被显示为插在从空气返回管道32通向空气 调节单元36的机壳34内部的空气流路中。空气调节单元36包括诸如电动机驱动 的风机38、炉热交换器(furnace heat exchanger) 39和热交换器40之类的常规部 件，热交换器40可以是蒸汽压縮空气调节系统的一部分，并可以是可逆的或不可 逆的，以使空气调节单元36能够提供从管道32通过机壳34到排气管42的加热和 冷却空气循环中的一种、或另一种或两种。因而，空气过滤系统30被构造为与空 气调节系统或单元36关联的附加或附连单元，从而在空气进入系统机壳34内部之 前过滤空气。图2示出了空气调节系统或单元44的另一布置，它包括大致矩形的金属机壳 46，在该机壳中集成有根据本发明的空气过滤系统的实施例，并总体由标号30a 表示。应当理解，下文对本发明空气过滤系统(是用标号30表示的实施例)的详 细描述包括过滤系统30a基本上也具有的所有部件。但是，过滤系统30a适于整合 到空气调节系统或单元44中，该空气调节系统或单元44包括电动机驱动的风机 48和常规的所谓"A "框架热交换器50，该热交换器50适于在气流通过空气入口 开口 51从机壳46的底部沿箭头44a的方向被向上引导、通过空气过滤系统30a、 然后到热交换器50、然后到送风机或风机48时、并且在通过出口开口 52被排出 前提供加热、冷却或两者。空气调节单元44还可包括炉部分(未示出)和设置在 风机48下游的次级加热单元54，如图2所示。过滤系统30a利用机壳46作为本 文将要描述的过滤器部件的支承结构。此外，参见图3，其中示出了本发明的另一实施例，包括过滤系统30b，该过滤系统适于基本上成为为独立单元，它可安装在管道内，或如图所示，设置在内部房间58的天花板56上并与用于空气调节系统(图3中未示出)的返回空气管道 60连通。过滤系统的实施例30、 30a和30b的构造和使用可实质上相同。为了使 过滤单元适应具体应用，对过滤单元30、 30a外部框架、壳体、机壳结构的微小修 改是必要的或需要的。例如，在整合应用中，诸如图2所示，用于过滤系统的支承 结构、框架或机壳可整合到空气调节系统机壳46内。尽管过滤系统30、 30a和30b 被显示为插在HVAC设备单元的空气流路上游或HVAC设备单元中，但是如果需 要，也可将过滤系统设置在这种设备的下游。现参见图4，其中示出了由标号30表示的空气过滤系统，该空气过滤系统包 括由常规材料(诸如钢或铝)构成的大致长方体形的外部框架或机壳62，且特征 在于顶壁64、底壁66、端壁68和相对的侧壁70和72，同时参见图5以及图6。 间隔开的平行侧壁70和72都分别设有较大的、大致矩形的开口 71和73，如图5 所示。机壳62的与端壁68相对的端部基本上是开口的。还参见图4，空气过滤系统30的特征是至少一个可充电过滤器单元74。为了 方便进行更换或维修，过滤系统30中较佳地结合有两个过滤器单元74，如图4所 示。此外，如图4所示，过滤系统30包括总体由标号76表示的电场充电单元。过 滤器单元74和电场充电单元76可以可移除地设置在框架或机壳62中，且其中， 沿流经过滤系统的气流方向，过滤器单元74设置在电场充电单元76的下游。流经 空气过滤系统30的气流方向在图4中用箭头78表示。仍参见图4，空气过滤系统30还设有预过滤器单元80，该预过滤器单元80 也可移除地设置在机壳62内并插在电场充电单元76和机壳壁72之间。预过滤器 80可以是常规构造，包括例如周界框架82和多孔介质84，该多孔介质可以是常规 构造并适于在气流遇到电场充电单元76或过滤器单元74之前从流经过滤系统的气 流过滤出相对较大的微粒。过滤器单元74、电场充电单元76和预过滤器单元80 由可移除门(总体用标号86表示)保持在机壳62中。门86包括背板或基部88， 背板或基部88包括突片或铰接件90，突片或铰接件90适于适当地可移除地连接 到机壳62以将门86保持在机壳62的开口端上方的关闭位置，该开口端与端壁68 相对。门86设有中空壳体件91，该中空壳体件中设有本文会进一步详细解释的合 适的控制件和联接机构。简要参见图10，其中示出了过滤器单元74之一且特征在于矩形盒状周界框架 94包括底壁96、顶壁98和相对的侧壁100和102。端壁103设置在每个过滤器单元74的空气排放侧并由较大的矩形开口 105界定。框架94较佳地由诸如ABS塑 料之类的合适的电介质材料制成，并包括操纵手柄106。框架94的底壁96还包括 间隔开的、在其间形成有通道的依赖性(depending)引导件108。细长密封或间隙 肋100a和102a分别从壁100和102向外突出并垂直于壁100和102。简要参见图5和6，由相对的、间隔开的细长引导件63和65保持过滤器单元 74 (如图6所示)适当地设置在机壳62内。第三引导件67还设置在机壳壁64和 66上并从机壳壁64和66面向内。引导件67与引导件65间隔开并形成通道，这 些通道用于适当地放置电场充电单元76。形成在引导件67和67a之间的通道(见 图6)提供了用于定位和保持预过滤器80的装置。为了避免过滤器单元74在机壳62内的错误定位，至少一个定位凸耳IIO (图 6)从底壁66向上突出并可操作以容纳在由引导件108形成在框架94的底壁96 上的通道内。引导件108不是定位在形成框架94的顶壁、底壁和侧壁的相对边缘 之间的中心处。因而，过滤器单元74可仅以预定的方向插入机壳62，以提供它们 之间以及至少一个过滤器单元74和形成在门基部88上的电触点之间的合适的电连接，如下文将进一步描述的那样。现参见图7、 8和9，电场充电单元76的特征是大致矩形的周界框架112支承 间隔开的平行肋件114。大致矩形、薄的不锈钢充电板116设有成行和成排的相对 大的开口 118，这些开口被显示为圆形。电场充电板116支承在凹部113内的框架 112上(见图8)，且成行的开口 118被布置成使得每个开口与电场充电引脚120 同轴地对齐。如图7所示，多个导电金属引脚120间隔开地支承在肋114上，垂直 于板116的平面并平行于流经充电单元76的气流方向延伸。肋114设有细长狭槽 115 (见图8和9)，该狭槽可分别支承与每个引脚120配合的相应引脚导电条122。 引脚120还各自支承在相应肋114中形成的相应引脚孔115a内，在图8中示例性 地示出了一个。每个引脚导电条或带122包括与细长总线124 (图7和9)配合的 夹钳件122b (图9)，该总线包括电连接到安装在框架112上电接触件126的主要 部分124a，见图7。与接触件126间隔开的第二接触件128 (图7)支承在框架112 上并可操作以通过导电条128c电连接到充电板116。电场充电单元76的特征还在于矩形栅格状盖件128 (图7和8)，该盖件128 包括平行且间隔开的肋130，它们在空间上对应于框架112的肋114。盖件128适 当地可释放地连接到框架112上，并可操作以覆盖导体122并将引脚120保持在肋 114上它们相应的位置上，如图所示。引脚120相对于充电板116上开口 118的相对位置在图8中示例地示出。充电单元框架112包括形成在其上的至少一个细长空 气挡板或密封件112a，见图7和16。框架112和盖128还可由ABS塑料制成。现参见图11至13，每个过滤器单元74的特征在于过滤器元件的核心组件134。 核心组件134的特征在于并排相邻过滤器元件136的大致矩形的堆叠，见图12和 15。如图15所示，每个过滤器元件136包括两个间隔开的、薄壁片状构件137， 这两个片状构件137通过细长的、间隔开的平行肋138互连，在其间留下平行的空 气流动空间或通路140，由此，空气可沿图15中的箭头141的方向或相反方向穿 过每个过滤器元件。过滤器元件136各设有通过例如导电墨印刷而形成在构件137 之一上的一个导电表面142。每个过滤器元件136设有分别向过滤器元件的相对端 开口的相对狭槽143，如图15所示。狭槽143之一还与导电表面142相交，如图 所示。除了导电表面142之外，过滤器元件136较佳地由诸如挤压的聚丙烯之类的 合适电介质材料形成。在过滤器元件之间使用合适的粘合剂，以将过滤器元件136 彼此相邻地堆叠，从而形成核心组件134并如图15所示例性地示出的那样交替布 置，由此可通过相应的细长导电条146将高压充电电势施加在导电表面142上，见 图15。这样，跨越片状件137之间的流动通路140形成有电场以吸引和保持流经 流动通路140的气流中的微粒，如美国专利6,749,669所教授的那样。当元件136 被装配成堆叠时，导电墨还较佳地敷加到每个狭槽143上以提供导电条146仅与相 交于狭槽143的导电表面142之间的合适电接触。因而，再参照图ll、 12和13，由堆叠的过滤器元件136组成的过滤器核心组 件134设有由电接触件148和150提供的导电路径，电接触件148和150通过电阻 元件156与相应的导电条152和154连通。每个导电条152和154适当地支承在核 心组件134上并连接到导电条146，如图ll、 12和13所示，且导电条146还与核 心组件134的与图13所示的一侧相对的一侧上呈镜像的一组导电条152和154电 连通，如图11和12所示。电阻156还插在每个核心组件134的相对侧上由导体 152和154形成的电路中，且核心组件的每侧上的导电条152和154分别与接触件 148和150电连通。还参见图24的示意图。这样，当两个过滤器单元74设置在机 壳62内时，可在两过滤器单元74上施加电压或电势，因为框架94的一侧上的一 组接触件148和150会与相邻过滤器单元74的框架94的相对侧上的相应一组接触 件148和150配合，这与哪个过滤器单元74首先放入机壳无关，这在图18中示例 性地示出，对于接触件148，也可见图24。如图16和17所示，电绝缘件68c支承 在机壳壁68的内表面上以防止未使用的接触件148和150之间通过壁68的短路电路。简要参见图14，通过将粘合剂160填料放到周界凸缘或壁103上，将每一个 核心组件134固定在相关的框架94上，通过粘合剂162的基本上连续的周界颗粒 而将每个核心组件134安装在框架94中并将核心组件的周界密封于框架，如图所 示。这样，每个核心组件134就密封到其框架94上以防止核心组件和框架之间的 空气泄漏，并防止清洗操作过程中核心组件和框架之间的漏水。粘合剂可以是适当 的可固化聚合物，比如环氧类聚合物。现参见图20和21，进一步示出了门86，它包括大致平坦的、金属板基部或背 壁88以及门盖91 。门盖91和基部88通过可移除紧固件166适当地固定在一起(如 图21所示)以形成内部空间168 (图16和19)，其中设有合适的控制机构和电路， 如本文将描述的那样。如图20所示，门86设有间隔开的可旋转闭锁手柄170a和 170b，手柄170a和170b由用于相对于盖91进行受限旋转的基部88支承并可操作 地连接到可旋转闭锁件172上(见图21)，由此，当门86安装到机壳62上时，可 将它闭锁在其工作位置，例如图16所示，但还可将它从机壳62移除以准备插入和 移除过滤器单元74、电场充电单元76和预过滤器80。在这方面，如图16所示， 机壳62包括安装到相对侧壁70和72上的相对的、细长的通道构件70a和72a， 且闭锁件172 (图16中示出了一个)可与通道构件72a配合以将门组件保持在关 闭和闭锁位置。保持件或铰接件90类似地与通道构件70a配合。通道构件70a和 72a设有弹性密封条70b和72b (见图16)，该弹性密封条可与基部件88上的内弯 凸缘88a配合，如图所示。再参见图21，门的基部件88支承间隔开的电接触器180、 182和184。接触器 182和184通过导电的基部件88彼此电连接，形成接地导体，而接触器180连接 到如本文进一步描述的高压电势源。接触器180、 182和184安装到基部件88，大 致如图19以示例方式对接触器180所示出的那样。参见图19，接触器180包括可 与接触件148和126配合的圆柱形板部分182，如图所示。接触件148和126包括 可协作配合的支脚148a和126a (见图19)以确保到单元74和76和接触器180以 及单元74和76与接触器180之间的良好导电。接触器180包括通过螺钉183连接 到板部分182的中心导体轴部分184。轴部分184包括适于支承导体端子螺钉188 的头部186。接触器180安装成在基部件88上进行有限运动并由可与绝缘板214 和接触器板182配合的巻簧190弹性偏置以与接触件126和148配合。螺钉188 适当地连接到导体(未示出)，以对接触器180施加高压电势。板状基部件88上的开口88f (见图21)消除了接触器180和基部件88之间的导电接触，且轴184被 支承，用于在绝缘板214上的孔185内有限地滑动，见图19。如上所述，接触器 182和184类似地安装在基部88上并较佳地通过基部88彼此电连接。通过在正接 触器180的上部和下部或相对侧上提供相对的接触器182和184(它们是接地(负) 接触器)，门86可安装在相对于机壳62的任何方向，同时还与过滤器单元74的接 触件148和150以及电场充电单元76的接触件126和128进行适当的电接触。如图21所示，基部88在相对端还设有开口 88d和88e (如图所示)，以接纳 机壳62上的突起部65a (见图5)，突起部中的一个会与设置在门86上的互锁开关 配合，而与门在机壳62上的安装位置无关。如图21以及图16进一步所示，细长 绝缘件192较佳地设置在基部88上接触器180、 182和184的相对侧上，以使产生 的杂散电场最小。现参见图22，门基部88以门盖91被移除的方式被示出，以显示支承在基部 上的某些部件。如图22所示，闭锁手柄170a和170b分别连接到闭锁轴件173和 171，这两个轴件安装在基部88上以相对于基部88旋转。轴件171和173分别连 接到闭锁件172，见图21。轴件173还连接到连杆或臂198，连杆或臂198可枢转 地在标号199a处连接到第二臂200。连杆或臂198随着轴173转动。臂200的相 对端可枢转地在标号19%处连接到短路杆支承件202上，该支承件202被支承用 于在基部88上围绕枢转点204枢转运动。支承件202支承细长金属短路杆206， 在闭锁手柄170a从门闭锁位置运动到使门86能够被打开并从机壳62移除的位置 时，该金属短路杆202移动，从而与接触器头部构件186配合以通过基部件88将 接触件148和126短接到接地。因而，过滤系统30、 30a或30b的使用者通常由此 可避免当门打开以能够通达例如过滤器单元74和80、或电场充电单元76时，存 储在过滤系统的部件中的残留电势产生电冲击。另一接地件200a (见图22)安装 在基部88上并可操作以将门盖91的外表面上的装饰板(未示出)接地。如图22所进一步示出的，控制器电路板210相邻于互锁开关212而安装到基 部88上。互锁开关212相邻于开口 88e而安装在基部88上，并在门86在器机壳 62上的关闭位置时可与突起部或凸片65a中的一个配合。当门86打开时，凸片65a 的相对运动使互锁开关212移动到切断供应过滤系统30的电源的位置，再次使电 冲击的风险最小。如图22所示，绝缘板214安装到基部88上，通过它的支承轴 184支承接触器180，并将接触器180与金属板件88隔离开。此外，参见图22， 其中示出了安装在基部88上的高压直流电源供应单元216。再简要参见图20，门86的盖件91设有视觉指示器或显示器218、包括致动器 220的按钮开关、第二视觉指示器221和包括致动器223的第二按钮开关。开关致 动器220还可包括视觉指示器220a。视觉显示器218为发光二极管(LED)型显 示器，该显示器具有所谓的柱形阵列的多个多色(较佳地是红色、黄色和绿色) LED视觉指示器218a、 218b、 218c (见图23)，用于显示诸如剩余过滤器寿命、 对过滤器单元的维修需要、以及其它控制或测试功能。按钮开关或键220可操作， 以充当主通/断或主开关，用于对过滤器系统30通电。可操作视觉指示器221以指 示预过滤器80应当更换的时间，可操作按钮开关223以重设用于预过滤器80的计 时器并用于指示过滤器寿命或过滤器单元74的维修间隔时间。显示器218和221 以及开关220和223较佳地安装在设置于门盖91上的电路板(未示出)上。现参见图23，其中示出了用于过滤系统30的控制系统的框图，该控制系统总 体用标号222表示。控制系统222包括微处理器224，该微处理器224可操作地连 接到低压交流电输入电压监测电路226和高压电源输入电流监测电路228。微处理 器224还连接到高压监测电路230，以及包括同样电路的过滤器清洗重置按钮223 和LED指示器221，如图23中标号232所示。如图23所进一步示出的那样，多LED显示器或LED柱218适于从微处理器 224接收输出信号。包括开关220和视觉指示器220a的电源通/断开关控制电路236 如连通电路229那样连接到微处理器224。此外，可操作所谓的W和G输入电路 以通过温度调节装置和控制器"W"和"G"端子连接到温度调节装置240，同时 可通过由标号242表示的HVAC系统变压器(24伏交流电源)向控制系统222供 电。W和G指示与HVAC设备的美国国家标准协会符号一致。或者可使用独立的 变压器244通过控制系统222向空气过滤系统30供电。部件218、 232和236可安 装到所谓的的子印刷电路板(未示出)上，该印刷电路板与相关联的上述显示器和 按钮开关相邻地支承在壳体盖91上。还如图20所示，可在安装到门盖91上的连接件91a处进行到控制系统222 的电源连接，如图所示。因而，通常从24伏交流电源到控制器222提供对系统30 的高压直流电输出供应。较佳的是，高压供电单元216 (可以是可购得的类型)将 在0-600微安直流电流范围内的输出电流消耗上提供自调节的0-10千伏直流输出 电压。直流高压输出通过微处理器224而受到供应至高压供电单元216的0至5 伏直流控制电压的控制。合适的EMI过滤器217插在低压交流电源242或244以 及电源供应216之间。通过监测电路230提供0-5伏直流反馈信号。如果探测到来自电源供应216的输出电流大于1毫安的直流电流，则高压电源供应216会例如停止其自身的输出电压一分钟。当在所谓的的W或G信号输出(见图23)中的一个或另一个处从温度调节装 置240接收到信号时，高压电源供应216会被通电，通常对G信号输出有10秒的 延迟周期，对W信号输出有90秒的延迟周期。基本上仅当与自动温控器240关联 的HVAC设备运行时，该布置会为过滤系统30通电以使例如臭氧的积聚最小。换 言之，当诸如单元36或44之类的HVAC单元的风机电动机在端子G处由信号通 电时，过滤系统30"打开"。当端子W处的信号也控制诸如用于HVAC单元36或 44的加热系统时，进行相同的运作，这会致使相关联的风机电动机通电。还控制 高压电源供应216以"增大(rampup)"施加到过滤器单元74和电场充电单元76 的高压信号。可运行微处理器224以增加一秒间隔的脉冲宽度调制信号来增加从电 源供应216到过滤器单元74和电场充电单元76的直流输出电压，增量为l千伏， 直到达到所要求的操作电压。微处理器224还可对高压电源供应216的启动进行十 分钟的延迟，以使例如刚刚清洗过的过滤器74有时间干燥。当触发W或G信号 时开始延迟期间，与开关220是否致动无关。当按压开关220以触发过滤系统30的关闭或者如果发生失效情况时，只要微 处理器114处不存在W或G信号，高压直流电源就关闭。如果门86"打开"或从 机壳62移除，则控制器222的电源和电源供应216也中断，因此使互锁开关212 打开。此外，如果高压电源供应探测到大于1毫安的电流或如果监测器228探测到 超出预定运行范围外的电流，则在探测到瞬间电弧状态或反复出现电弧状态时，或 者如果过滤系统30的使用者运行连接到短路杆206的闭锁件170a以与端子头186 接触时，高压电源供应216会在一秒中内关闭。此外，如果高压监测电路230探测 到来自电源供应216的高压输出大于所要求电压约10%，或如果输出电压低于所 要求电压10%以上，在这两种情况中，分别在预定时间期间之后会使微处理器224 关闭来自电源供应单元216的高压输出。此外，如果通过图23中的R和B端子输入的交流电变化大于例如25%，则 微控制器224会通过关闭高压电源供应216来响应。可监测到和通过微处理器224 作用的其它失效情况包括通/断开关220的致动大于预定时间段、重置开关223卡 住、在触发系统关闭状态时探测到来自电源供应216的输出、以及在通过诸如打开 或移除门86而触发关闭系统30时探测到对高压电源供应的输入电流。此外，当致 动开关220以终止来自高压电源供应216的电源输出时，微处理器224会关闭高压电源输出并打开显示器218的所有LED，使得当来自电源供应216的电压输出电 势减小时，显示器会充当倒数计数器，显示器颜色从红到黄到绿以对用户指示出从 机壳62将门86移除的可接受的时间。可通过按压重置按钮开关223并保持该按压预定的时间来重置微处理器224 中的预过滤器和过滤器定时器，诸如对预过滤器80重置时间是1-2秒，对过滤器 单元74定时的重置时间是4-5秒，后一动作也会重置预过滤器的定时。然后多LED "柱形图"显示器218会对与显示器相联的第一绿LED通电。当然，上述定时功 能也可选择成为对LED柱形图显示器218通电，从而以预选间隔指示过滤器状态， 预选间隔为诸如每两个月、每四个月、每六个月、或每九个月。还可将选定的失效 状态编程到微处理器224内以通过LED柱形图显示器218显示。此外，可进入各 种测试模式来测试高压电源供应216，以及进行例如通信，由此显示器218可通过 显示器218的被点亮的LED的数量或组合来指示在进行哪个测试模式。如上所述，空气过滤系统30的某些应用可使得HVAC系统变压器242不能支 持过滤系统的电流消耗要求。因而，可使用独立的120伏交流到24伏交流变压器 244来向系统30、包括其控制器222供电。来自变压器244的导体还可连接到控制 器222的端子R和B，如图23所示。此外，当自动温控器240有加热的指令时， 控制器222的W端子会接收18-30伏的交流信号，且当温度调节装置240有运行 相关的空气调节单元(诸如单元36或44)的风机电动机的指令时，控制器的G端 子会接收18-30伏的交流信号。还有，如上所述，当门86打开时，互锁开关212 会关闭供应整个控制系统或控制器222的所有电源。因而，可运行控制器222，从而连同HVAC系统或炉36的风机38的风机电动 机的运行一起地起动过滤系统30、 30a或30b的运行，且还可运行相联的且基本上 类似的过滤系统30a以连同系统或单元44的风机48的通电一起地开始运行。同样， 诸如空气过滤系统30b的独立单元还可与HVAC设备的合适单元互连，以仅在空 气通过例如管道60循环时加电。这样，由过滤系统电场充电单元76或过滤器单元 74产生的任何臭氧不会积累并超过所要求或所需要的浓度水平。因此，当诸如炉 或空气处理器之类的HVAC的典型单元在温度调节装置端子W或G处接收到加热 或冷却或风机电动机运行的指令时，且这些端子通电时，吹风机或风机电动机会在 此后很短的时间内通电，且通过使用W或G控制输入作为控制器222的启动信号， 电场充电单元76和过滤器74直到与过滤系统相联的风机电动机以合适的速度驱动 空气循环风机或吹风机时才通电。简要参见图24，其中示出了高压电源供应216及其与过滤器单元74和充电单 元76的端子或接触件126和128的关系的示意图。如会从图中注意到的那样，0-10 千伏范围内的高压直流电势施加在电场充电单元和过滤器单元136上，如图24中 的导体142所示。如图所示，额定为10兆欧的电阻器156较佳地插在过滤器单元 电路中以使电流最小。除非本文另外指出，空气过滤系统30的各部件所使用的材料和制造可根据电 介质材料的常规工程实践以及导电材料来提供，且制造技术可按照空气过滤设备的 常规实践。此外，控制器222的各部件可购得并认为是在本领域的技术人员基于以 上说明的认识范围内。基于前述说明还认为空气过滤系统30、 30a和30b的构造和 运行也在本领域技术人员的认识范围内。尽管本文已详细描述了本发明的几个优选实施例，本领域的技术人员会认识到 可在不脱离所附权利要求书的范围和精神内进行各种替代和修改。
权利要求
1.一种用于空气调节系统的空气过滤系统，所述空气过滤系统包括支承结构；至少一个过滤器单元，所述过滤器单元可移除地安装在所述支承结构上，并包括一排通道，气流可相对自由地穿过所述通道并穿过高压电场，所述高压电场用于将微粒从所述气流收集到所述过滤器单元上；高压电场充电单元，相对于流经所述过滤系统的气流方向，所述高压电场充电单元在所述过滤器单元的上游安装在所述支承结构上；所述一个过滤器单元和所述电场充电单元包括可操作以与高压电势电源接触的电接触件；以及门，所述门支承在所述支承结构上，用于运动到使所述一个过滤器单元能够从所述支承结构移除的位置。
2. 如权利要求1所述的过滤系统，其特征在于所述门包括间隔开的电接触器，所述电接触器可与所述一个过滤器单元和所述 电场充电单元中的至少一个上的所述接触件配合。
3. 如权利要求2所述的过滤系统，其特征在于所述门包括在所述门上间隔开的一个高电势接触器和至少两个低电势接触器。
4. 如权利要求3所述的过滤系统，其特征在于所述门适于设置在所述支承结构上相对于所述支承结构的两个不同位置。
5. 如权利要求2所述的过滤系统，其特征在于所述门包括设置在其上的控制电路以及将所述过滤系统连接到电源的连接件， 所述控制电路包括用于向所述门上的所述接触器提供高压直流电的装置。
6. 如权利要求5所述的过滤系统，其特征在于所述控制电路包括可与所述支承结构上的装置配合的互锁开关，当所述门相对 于所述支承结构移动时，可操作所述互锁开关以中断通到所述过滤系统的所述电 源。
7. 如权利要求2所述的过滤系统，其特征在于所述门包括可在第一位置和第二位置之间移动的至少一个闭锁件，在所述第一 位置将所述门闭锁到所述支承结构上，在所述第二位置使所述门能够相对于所述支承结构移动，所述闭锁件可操作地连接到用于响应于所述一个闭锁件的移动而在所 述一个过滤器单元和所述电场充电单元中的至少一个上放电的装置。
8. 如权利要求7所述的过滤系统，其特征在于所述装置包括连杆，所述连杆连接到所述一个闭锁件，并连接到可与所述门上 的所述接触器之一配合的构件，所述连杆还连接到接地件，所述接地件连接到所述 门上的所述接触器的另一个上。
9. 如权利要求1所述的过滤系统，其特征在于，包括相对于流经所述过滤系统的气流方向在所述电场充电单元上游位置安装到所 述支承结构上的空气预过滤器单元，所述预过滤器单元可从所述支承结构上移除以 进行清洗或更换。
10. 如权利要求1所述的过滤系统，其特征在于，包括第二过滤器单元，所述第二过滤器单元支承在所述支承结构上并包括设置在其 上的电接触件，所述过滤器单元各包括多个设置在其上的电接触件，所述多个电接 触件可与所述过滤器单元中的另一个上的相应接触件配合以对两个所述过滤器单 元提供高压电势。
11. 如权利要求IO所述的过滤系统，其特征在于所述过滤器单元上所述接触件中的至少两个被设置成与所述门上的接触器配 合，用于对所述过滤器单元提供高压电势。
12. 如权利要求1所述的过滤系统，其特征在于所述支承结构包括机壳，所述机壳包括用于将所述一个过滤器单元接纳在所述 机壳内的间隔开的引导件，由此所述一个过滤器单元可以可移除地安装到所述机壳 上，且所述机壳上还包括用于接纳和支承所述电场充电单元的引导件，由此所述机 壳可将所述电场充电单元接纳在其上并可从所述机壳移除；以及所述机壳包括用于将所述门支承在其上的装置。
13. 如权利要求12所述的过滤系统，其特征在于所述机壳为以下两种情况之一安装在与HVAC设备的单元连通的管道上和 插入所述管道中，用于过滤流到所述HVAC设备的所述单元的空气。
14. 如权利要求1所述的过滤系统，其特征在于所述支承结构是用于HVAC设备的单元的机壳的一部分。
15. 如权利要求1所述的过滤系统，其特征在于所述一个过滤器单元包括周界框架;可安装在所述框架上的过滤器核心组件，权 所述过滤器核心组件包括相邻过滤器元件的堆叠，所述过滤器元件成排堆叠，其中 交替的所述过滤器元件分别与正高压电势和负高压电势导电接触；以及所述核心组件上的导电装置，所述导电装置与所述过滤器单元上的所述接触件导电接触。
16. 如权利要求15所述的过滤系统，其特征在于-每个所述过滤器元件包括间隔开的片状壁；在所述片状壁之间间隔开的大致 平行的间隔件，所述间隔件形成气流通路；所述片状壁中的至少一个上的表面导电 装置；交替的所述过滤器单元分别通过与所述表面导电装置电连接的导电装置彼此 电连接。
17. 如权利要求16所述的过滤系统，其特征在于所述导电装置包括细长导电条，所述导电条设置在所述交替的过滤器元件的每 个中的狭槽中，并分别与所述表面导电装置导电接触。
18. 如权利要求15所述的过滤系统，其特征在于，包括电阻器装置，所述电阻器装置设置在所述导电装置上，在所述过滤器单元上的 所述过滤器元件和所述接触件之间。
19. 如权利要求15所述的过滤系统，其特征在于所述过滤器核心组件通过粘合剂和周界密封剂固定到所述框架上以允许清洗 所述过滤器单元而不会污染所述导电装置。
20. 如权利要求15所述的过滤系统，其特征在于所述框架包括与所述支承结构协作以要求将所述框架安装到所述支承结构上 的预定位置的装置。
21. 如权利要求20所述的过滤系统，其特征在于所述框架上与所述支承结构协作的所述装置包括通道，且所述支承结构上的所 述装置包括适于设置在所述通道内的凸耳，由此所述过滤器单元可以可滑动地与所 述支承结构配合和从所述支承结构移除。
22. 如权利要求1所述的过滤系统，其特征在于所述电场充电单元包括支承电场充电板的周界框架，所述电场充电板具有形成在其中的多个开口；多个导电引脚，所述导电引脚安装在所述框架上并被设置成分别与所述充电板上的所述开口对齐；所述框架上的导电装置，所述导电装置可操作地与所述电场充电单元上的所述 接触件之一连接，以在所述引脚的每个上提供电势；以及所述框架上的导电装置，所述导电装置与所述电场充电单元的接触件的另一个 和所述板导电接触。
23. 如权利要求22所述的过滤系统，其特征在于所述框架上的所述导电装置包括多个间隔开的细长导电条和总线，所述导电条 分别连接到所述引脚中所选的那些上，且所述总线可操作地连接到所述导电条和所 述电场充电单元上所述接触件中的一个上。
24. 在空气调节单元中，机壳包括空气入口和空气出口以及设置在机壳内的空 气过滤系统，该空气过滤系统用于过滤流经该系统的空气，所述过滤系统包括-至少一个过滤器单元，所述过滤器单元可移除地安装在所述机壳内，所述过滤 器单元包括一排通道，气流可相对自由地穿过所述通道并穿过高压电场，所述高压 电场用于将微粒从所述气流收集到所述过滤器单元上；高压电场充电单元，相对于流经所述过滤系统的气流方向，所述高压电场充电 单元在所述过滤器单元的上游安装在所述机壳上；所述过滤器单元和所述电场充电单元包括可操作以与高压电势电源接触的电 接触件；以及门，所述门可运动到使所述一个过滤器单元能够从所述机壳移除的位置。
25. 如权利要求24所述的过滤系统，其特征在于所述门包括间隔开的电接触器，所述电接触件可与所述过滤器单元和所述电场 充电单元中至少一个上的所述接触件配合。
26. 如权利要求25所述的过滤系统，其特征在于所述门包括可在第一位置和第二位置之间移动的至少一个闭锁件，在所述第一 位置将所述门闭锁在关闭位置，在所述第二位置使所述门能够相对于所述机壳移 动，所述一个闭锁件可操作地连接到用于响应于所述一个闭锁件的移动而形成导电 路径以在所述过滤器单元和所述电场充电单元中的至少一个上放电的装置。
27. 如权利要求26所述的过滤系统，其特征在于所述装置包括连杆，所述连杆连接到所述一个闭锁件，并连接到可与所述门上 的所述接触器之一配合的构件，所述连杆还连接到接地件，所述接地件连接到所述 门上的所述接触器的另一个上。
28. 如权利要求24所述的过滤系统，其特征在于，包括显示器，所述显示器设置在所述门上，用于指示所述过滤系统以及所述门上的 运行开关的运行状态，以使所述过滤系统的控制器通过所述控制器向所述过滤器单元和所述电场充电单元供电。
29. 如权利要求24所述的过滤系统，其特征在于，包括第二过滤器单元，所述第二过滤器单元包括设置在其上的电接触件，所述过滤 器单元各包括多个设置在其上的电接触件，所述电接触件可与所述过滤器单元中的 另一个上的相应接触件配合以向两个所述过滤器单元提供高压电势。
30. 如权利要求29所述的过滤系统，其特征在于所述过滤器单元上所述接触件中的至少两个被设置成与所述门上的相应接触 件配合以向所述过滤器单元提供高压电势。
31. 如权利要求24所述的过滤系统，其特征在于所述过滤器单元包括周界框架；可安装在所述框架上的过滤器核心组件，所述过滤器核心组件包括相邻过滤器元件的堆叠，所述过滤器元件成排堆叠，其中交替的所述过滤器元件分别与正高压电势和负高压电势导电接触；以及所述核心组件 上的导电装置，所述导电装置与所述过滤器单元上的所述接触件导电接触。
32. 如权利要求31所述的过滤系统，其特征在于每个所述过滤器元件包括间隔开的片状壁；在所述片状壁之间间隔开的大致平 行的间隔件，所述间隔件形成气流通路；所述片状壁中的至少一个上的表面导电装 置;所述交替的过滤器单元分别通过与所述表面导电装置电连接的导电装置彼此电 连接。
33. 如权利要求32所述的过滤系统，其特征在于所述导电装置包括细长导电条，所述导电条设置在所述交替的过滤器元件中的 每个的狭槽中并分别与所述表面导电装置导电接触。
34. 如权利要求31所述的过滤系统，其特征在于，包括电阻器装置，所述电阻器装置设置在所述导电装置中，在所述过滤器单元上的 所述过滤器元件和所述接触件之间。
35. 如权利要求24所述的过滤系统，其特征在于所述电场充电单元包括支承电场充电板的周界框架，所述电场充电板具有形成 在其上的多个开口；多个导电引脚，所述导电引脚安装在所述框架上并设置成分别与所述充电板上的所述开口对齐；所述框架上的导电装置，所述导电装置可操作地与所述电场充电单元上的所述 接触件之一连接，用于在所述引脚的每个上提供电势；以及所述框架上的导电装置，所述导电装置与所述电场充电单元的接触件的另一个 和所述板导电接触。
36.如权利要求35所述的过滤系统，其特征在于所述框架上的所述导电装置包括多个间隔开的细长导电条和总线，所述导电条 分别连接到所述引脚中所选的那些上，且所述总线可操作地连接到所述导电条和所 述电场充电单元上所述接触件中的一个上。
全文摘要
一种空气过滤系统，它可包括在HVAC设备中并用于HVAC设备，该系统包括一个或多个强电场电介质过滤器单元和电场充电单元，该电场充电单元通过可移除门保持在支承结构或机壳内，可移除门包括控制电路和可与过滤器单元和电场充电单元上相应接触件配合的接触器，电场充电单元用于向相应单元供应高压直流电势。每个过滤器单元包括过滤器核心，该核心包括一排堆叠的过滤器元件，过滤器元件由通过细长间隔肋互连以形成流动通路的电介质片形成。电场充电单元和过滤器单元可通过将门打开或移除而从所述支承件或机壳移除，以进行清洗或更换。在系统部件的维修或更换期间致动互锁开关和电场短路机构。
文档编号F24F3/16GK101243292SQ200680029517
公开日2008年8月13日 申请日期2006年8月11日 优先权日2005年8月17日
发明者J·E·费尔德, L·S·白斯, M·D·伍德拉夫, S·A·萨尔瓦切, S·J·凡登特, S·L·史密斯 申请人:美国标准国际公司