静电颗粒过滤器的制作方法

专利名称：静电颗粒过滤器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从空气中去除颗粒的静电颗粒过滤器，该静电颗
粒过滤器包括具有第一和第二相对侧面的过滤介质、第一电极和第 二电极，第一电极和第二电极可渗透包含颗粒的空气流，且第一电极 和第二电极分别共形地设置在过滤介质的相对侧面上。本发明还涉及 包括静电颗粒滤波器和颗粒充电部分的静电过滤系统。
背景技术：
从US5549735中已知用于从空气中去除颗粒的静电空气过滤器。 已知的静电空气过滤器包括过滤介质、包括设置在过滤介质相对侧 面上的绝缘电极和非绝缘电极的电极对。通过在过滤介质相对侧面上 设置的电极之间施加电势差实现过滤效率的静电增加。通过本领域已 知的方法制备绝缘电极，例如，浸涂或者喷涂金属丝或者冲压金属线， 同时挤压或者注塑绝缘体和金属丝，并将注塑绝缘体的两半围绕金属 丝接合在一起。绝缘电极的目的是防止通过过滤介质在绝缘电极和非 绝缘电极之间建立导电路径，这样以致于在滤波器介质内建立高电场 时防止电极之间的电弧。
本发明的发明者已经认识到已知的静电空气过滤器在运行中可 能显示过滤效率的快速下降。

发明内容
本发明的目的尤其提供了一种在开篇段落中所陈述种类的静电 颗粒过滤器，其是高效率的，并在运行过程中长时间保持(或者至少 基本保持)其效率。
根据本发明，实现该目的在于，布置第一电极、第二电极和过滤 介质，以允许导电流通过过滤介质，且第一电极是在30%的相对湿 度时，具有包括在每平方大约106欧姆的下限值和每平方大约1012欧 姆的上限值范围内的薄膜电阻的适度导电电极。
典型地，静电颗粒过滤器是空气清洁器、空气处理系统或者空调
4系统的一部分，其可以例如用在建筑物中或者车辆中。另一方面，这 种静电颗粒过滤器还可以是由诸如包括静电颗粒过滤器的空气清洁 单元和用于围住用户的嘴和鼻子的吸入口罩构成的便携式个人空气 清洁器的一部分，该口軍与空气清洁单元连接。
包括第一电极、第二电极和过滤介质的静电颗粒过滤器的过滤效 率与过滤介质内存在的电场值正相关。电场由在第一电极和第二电极 之间施加的电势差产生。因为已知的静电颗粒过滤器包括电绝缘电 极，所以第一电极和第二电极之间的电势差将在绝缘材料和过滤介质 上分配。当过滤介质具有基本小于绝缘材料电阻的电阻时，第一电极 和第二电极之间的电势差将在绝缘材料上明显减小，并且在过滤介质 内的电场值将很低，这导致过滤效率的不良静电增加。由于颗粒(尤 其是诸如来自香烟烟气或者煤烟的颗粒等的导电颗粒)的聚集，或者 由于从环境中吸水，过滤介质的电阻在运行过程中可能减小。在根据 本发明的静电颗粒过滤器中，布置第一电极、第二电极和过滤介质， 以允许导电流通过过滤介质。当导电流存在时，导电流从第一电极l
开始，通过过滤介质3流到第二电极2，或者反过来。结果，即使过 滤介质具有限定的电导率，第一电极和第二电极之间的电势差在过滤 介质上总是明显降低，并将在过滤介质内保持电场的足够大。因此， 根据本发明的静电颗粒过滤器是高效率的，并在运行过程中长时间保 持(或者至少基本保持)其效率。
当布置第一电极、第二电极和过滤介质，以允许导电流通过过滤 介质时，以及当第一电极和第二电极都具有相对高的电导率时，如果 过滤介质具有限定的电导率，相对大的电流将流过过滤介质，这导致 电弧危险的增加。电弧可能破坏过滤介质并造成安全危险。在4艮据本 发明的静电颗粒过滤器中，第一电极是适度导电 (moderately-conductive)电极，在本发明的上下文中，其意味着， 第一电极在30%的相对湿度时，具有包括在每平方大约106欧姆的下 限值和每平方大约10"欧姆的上限值范围内的薄膜电阻。上限值保 证在第一电极和第二电极之间施加电势差之后的足够短时间间隔 内，可以对适度导电电极充电。下限值保证如果过滤介质具有限定 的电导率，在运行过程中足够低值的导电流将流过过滤介质。因此， 根据本发明的静电颗粒过滤器具有低的电弧危险以及由此带来的低安全危险。
在权利要求2中限定了根据本发明的静电颗粒过滤器的实施例。 在该实施例中，第一电极和第二电极都是在30%的相对湿度时，具 有包括在每平方大约106欧姆的下限值和每平方大约1012欧姆的上限 值范围内的薄膜电阻的适度导电电极。该实施例甚至还减少了在运行 过程中通过导电路径流经过滤介质的导电流，由此进一步延长了运行 寿命并降低了安全危险。
在权利要求3中限定了根据本发明的静电颗粒过滤器的实施例。 在该实施例中，在30%的相对湿度时，适度导电电极的薄膜电阻下 限值是每平方大约107欧姆和/或适度导电电极的薄膜电阻上限值是 每平方大约10"欧姆。该实施例更好地保证在第一电极和第二电极 之间施加电势差之后的足够短时间间隔内，对适度导电电极充电，和 /或在运行过程中通过导电路径流经过滤介质的导电流值足够小，由 此更进一步延长运行寿命并降低安全危险。
在权利要求4中限定了根据本发明的静电颗粒过滤器的实施例。 在该实施例中，在30%的相对湿度时，适度导电电极的薄膜电阻下 限值是每平方大约108欧姆和/或适度导电电极的薄膜电阻上限值是 每平方大约IO"欧姆。该实施例进一步更好地保证在第一电极和第 二电极之间施加电势差之后的足够短时间间隔内，对适度导电电极充 电，和/或在运行过程中通过导电路径流经过滤介质的导电流值足够 小，由此更进一步延长运行寿命并降低安全危险。
在权利要求5中限定了根据本发明的静电颗粒过滤器的实施例。 在该实施例中，适度导电电极包括有机化合物。在本发明的上下文中， 有机化合物尤其有吸引力，因为它能够便利地制造廉价的适度导电电 极。包括有机化合物的电极具有诸如柔韧性、延展性和强度等的极好 机械特性，由此使得电极和过滤介质能够一起成形。另外，通过向过 滤介质提供机械坚固性，包括有机化合物的电极允许使用其本身很难 成形的过滤介质，例如，包括聚烯烃(polyolefin )的过滤介质。
在权利要求6中限定了根据本发明的静电颗粒过滤器的实施例。 在该实施例中，有机化合物是亲水性有机化合物。对于制造通过组合 使用掺杂剂来确定电特性的电极，亲水性有机化合物尤其具有吸引 力。在权利要求7中限定了根据本发明的静电颗粒过滤器的实施例。 在该实施例中，适度导电电极包括掺杂剂。该实施例提供了具有单独 优化其机械特性和其电特性的可能性的适度导电电极。
在权利要求8中限定了根据本发明的静电颗粒过滤器的实施例。 在该实施例中，掺杂刑是亲水性掺杂剂或者吸水性掺杂剂。在本发明 的上下文中，亲水性掺杂剂或者吸水性掺杂剂与有机化合物的组合使 用尤其具有吸引力，因为它能够便利地制造适度导电电极。
在权利要求9中限定了根据本发明的静电颗粒过滤器的实施例。 在该实施例中，过滤介质包括憎水性材料。包括憎水性材料的过滤介 质非常具有吸引力，因为还在高相对湿度时它具有高电阻率。然而，
包括诸如聚烯烃等的憎水性材料的过滤介质由于其非常低的硬度，很 难自己成形。在该实施例中，适度导电电极包括有机化合物。因此， 适度导电电极具有诸如柔韧性、延展性和强度等的极好机械特性，并 增强过滤介质的机械坚固性，由此使得过滤介质和适度导电电极能够 一起成形。
权利要求10限定了包括颗粒充电部分和静电颗粒过滤器的静电 过滤系统，该静电颗粒过滤器包括具有第一和第二相对侧面的过滤 介质、第一电极和第二电极，第一电极和第二电极可渗透包含颗粒的 空气流，且第一电极和第二电极分别共形地设置在过滤器的第一和第 二相对侧面上，其特征在于，布置第一电极、第二电极和过滤介质， 以允许导电流通过过滤介质，且第一电极是在30%的相对湿度时， 具有包括在每平方大约106欧姆的下限值和每平方大约1012欧姆的上 限值范围内的薄膜电阻的适度导电电极。
在权利要求11中限定了根据本发明的静电颗粒过滤器的实施 例。在该实施例中，掺杂剂是光催化剂。当用紫外光照射时，包括光 催化剂的适度导电电极可以光催化地氧化通过过滤器的有害气体化 合物，由此增加静电颗粒过滤器的空气清洁效率。
权利要求12限定了一种包括颗粒充电部分、静电颗粒过滤器和 光源的静电过滤系统。静电颗粒过滤器包括具有第一和第二相对侧 面的过滤介质、第一电极和第二电极，第一电极和第二电极可渗透包 含颗粒的空气流，且第一电极和第二电极分别共形地设置在过滤介质 的第一和第二相对侧面上，其特征在于，布置第一电极、第二电极和过滤介质，以允许导电流通过过滤介质，第一电极是在30%的相对 湿度时，具有包括在每平方大约106欧姆的下限值和每平方大约1012 欧姆的上限值范围内的薄膜电阻的适度导电电极。适度导电电极包括 是光催化剂的掺杂剂，以及布置产生用于照射光催化剂的紫外线辐射 的光源。


参考附图将进一步阐明和描述本发明的静电颗粒过滤器的这些 和其它方面，其中
图1是根据本发明的静电颗粒过滤器的部分分解图2是包括颗粒充电部分和颗粒聚集部分的静电过滤系统的横 截面，该颗粒聚集部分包括根据本发明的静电颗粒过滤器；
图3是包括颗粒充电部分和颗粒聚集部分的静电过滤系统的横 截面，该颗粒聚集部分包括根据本发明的静电颗粒过滤器；
图4包含对于根据本发明的静电颗粒过滤器，在0%的相对湿度 下，分级(fractional)过滤效率tj随颗粒直径d (单位nm )的变化 进行测试的结果，其中过滤介质被来自香烟烟气的导电颗粒严重污
染；
图5包含对于根据本发明的静电颗粒过滤器，在50%的相对湿 度下，分级过滤效率t]随颗粒直径d (单位nm)的变化进行测试的 结果，其中过滤介质被来自香烟烟气的导电颗粒严重污染。
具体实施例
图1的静电颗粒过滤器包括第一电极l、第二电极2和过滤介 质3。图1还示出了与静电颗粒过滤器连接的电源4。第一电极l和 第二电极2通常具有0.01mm和5mm之间的厚度，或者更特别地具 有().5mm和2mm之间的厚度。过滤介质3通常具有lmm和5mm之 间的厚度，或者更特别地具有2mm和4mm之间的厚度。
第一电极1和第二电极2可渗透包含颗粒(特别是超精细颗粒) 的空气流。在本发明的上下文中，超精细颗粒是具有大约10nm和大 约250()nm之间的等效直径的颗粒。关于第一电极1和第二电极2, 本领域技术人员将理解，可以以多种方式获得用于包含颗粒的空气流的渗透性，例如，通过使用穿孔结构、多孔结构、 一组平行轨道、栅
格、网孔或者纱网。关于过滤介质3，多种过滤介质在本领域中是已 知的，例如，包括纤维的过滤介质或者包括多孔泡沫单元(open foam ccH)的过滤介质。
在30%的相对湿度时，过滤介质3在其原始(pristine)状态具有在 平行于表面法线的方向上测量到的108Ohm，m或者更高的电阻率，但 是优选的是U)"Ohnvm或者更高。例如，过滤介质3是包括憎水性材 料的3mm厚度的纤维过滤介质。憎水性材料可以是诸如聚脂、或者 聚烯烃等的憎水性合成树脂，或者它可以是憎水性玻璃。用憎水性材 料制造过滤介质非常有吸引力，因为憎水性材料通过阻碍水的吸收来 保证过滤介质的高电阻率，甚至在高相对湿度时。
第一电极1和第二电极2分别共形地(conformally)设置在过滤介 质3的相对侧面上。假设满足了该条件，静电颗粒过滤器作为整体可 以具有任何形状，例如，折叠形状或者褶叠形状。对于具有折叠形状
或者褶叠形状的静电颗粒过滤器，希望的是，第一电极l和第二电极 2具有诸如柔韧性、延展性和强度等的极好机械特性。这允许第一电 极l和第二电极2与过滤介质3接触时，和过滤介质3—起成形。另 外，这允许使用很难自己成形的过滤介质，因为第一电极l和第二电 极2向过滤介质3提供机械坚固性。
第一电极1是适度导电电极。在本发明的上下文中，适度导电电 极指的是在30%的相对湿度时，具有包括在每平方大约106欧姆的下 限值和每平方大约1012欧姆的上限值范围内的薄膜电阻的电极。电极 的薄膜电阻是正方形的两个相对侧面之间所测量的电阻，正方形取向 与电极表面平行。电极的薄膜电阻不受正方形尺寸的限制，且仅仅取 决于电极的厚度和制造电极的材料电阻率。上限值保证适度导电电极 整个表面区域的足够快的充电，甚至在低于30%的相对湿度下。充 电优选在10s内完成。下限值保证在过滤介质3具有限定的电导率 的情况下，在运行期间流过过滤介质3的导电流足够低的值，由此限 制电能消耗，并限制和在第一电极1和第二电极2之间存在局部短路 有关的后果。这种后果的例子是安全风险，以及横过电极表面基本部 分的电动势明显下降。因此，下限值保证在多种可能不利的条件下， 保持横过过滤器区域基本部分的过滤效率的足够静电增加。假设第一电极1是可渗透包含颗粒的空气流的适度导电电极，那 么第一电极1可以包括任何材料。适当的材料是有机化合物，尤其是 具有高分子量的有机化合物，例如，聚合物。有机化合物是具有诸如 柔韧性、延展性和强度等的极好机械特性的廉价材料。而且，可以用 有机化合物容易地制造适度导电电极。为此目的，人们可以使用本征 型适度导电有机化合物，或者人们可以使用任何有机化合物并使用添 加剂调节电特性。这种添加剂被称为掺杂剂，而不意味对使用的添加 剂相对量做任何限制。可以用于制造适度导电电极的有机化合物的例 子是合成树脂。本征型适度导电合成树脂在本领域中是已知的。本征
型适度导电合成树脂的例子是本征型(inherently)导电聚合物。
掺杂剂在本领域中也是已知的。为了将掺杂剂添加到有机化合物 中，本领域技术人员可以使用诸如浸渍或者涂覆等的标准方法，可能 使用粘合剂和/或表面活性剂来改善浸渍或者涂覆工艺。
使用掺杂剂调节包括有机化合物的电极的电特性的优点在于，可 以单独地优化电极的机械特性和电特性。包括有机化合物的电极可以 包括不止一种掺杂剂。
掺杂剂的例子是诸如炭黑等的本征型导电化合物，其可以是诸如 导电油墨的混合物的 一部分。掺杂剂的另 一个例子是诸如硫化锌 (ZnS)的半导电化合物。
优选的掺杂剂是亲水性掺杂剂。亲水性掺杂剂的例子是氧化物 (例如，二氧化硅(Si02)、氧化铝(A1203 ) 、 二氧化钛(Ti02)或 者氧化铟锡(ITO))、氮化物(例如，氮化硅(Si3N4))、氢氧化 物(例如，氢氧化镁(Mg(OH)2))、碳酸盐(例如，碳酸镁(MgC03))、 草酸盐(例如，草酸钾(CaC204))、疏化物、硫酸盐(例如，硫 酸钙(CaS04))、磷酸盐(例如，磷酸钙(Ca3(P04)2))、或者膦 酸盐。因为亲水性掺杂剂二氧化钛(Ti02)，更特别地结晶锐钛矿型 二氧化钛，还是光催化剂，所以当用具有大约450nm或者更短波长 的紫外光照射时，包括二氧化钛的电极受到附加的光催化活性功能。 光催化活性包括氧化穿过过滤器的有害气体化合物，并且它增加了静 电颗粒过滤器的空气清洁效率，因为它能够从空气中组合去除颗粒和 气体化合物。亲水性掺杂剂二氧化钛优选地至少存在于设置在过滤介 质3下游侧的电极上，以便于防止从空气流沉淀的颗粒快速覆盖二氧
10化钛。
另一种优选掺杂刑是吸水性掺杂剂。无机吸水性掺杂剂的例子是
碳酸钠(Na2C03)、碳酸氢钠(NaHC03)、碳酸钾(K2C03)、碳 酸氢钾(KHC03)和甲酸钾(KC02)。有机吸水性掺杂剂的例子是 尿素(CO(NH2)2)、柠檬酸(COH(CH2COOH)2COOH )、三(羟甲 基)氨基甲烷(C(CH2OH)3NH2)和聚乙烯醇((CH2CHOH)n)。
包括有机化合物和亲水性掺杂剂或者吸水性掺杂剂的电极薄膜 电阻取决于亲水性掺杂剂或者吸水性掺杂剂从其周围结合水的能力。 有机化合物和亲水性掺杂刑或者吸水性掺杂刑的优选组合包括诸如 聚脂或者聚酰胺等的亲水性合成树脂。
包括碱性掺杂剂的电极具有从环境中去除诸如二氧化硫(so2)、 亚硝酸(HN02)、硝酸(HN03)和羧酸等的有害酸性气体化合物的 附加功能，由此增强了静电颗粒过滤器的空气清洁效率，因为它能够 从空气中组合去除颗粒和气体化合物。包括酸性掺杂剂的电极具有从 环境中去除诸如氨气(NH3)和其它胺等的有害碱性气体化合物的附 加功能，由此增强了静电颗粒过滤器的空气清洁效率，因为它能够从 空气中组合去除颗粒和气体化合物。包括有机吸水性掺杂剂尿素和/ 或三(羟甲基)氨基曱烷的电极具有从环境中去除甲醛(CH20)的 附加功能，由此增强了静电颗粒过滤器的过滤效率。将聚乙烯醇用作 掺杂剂是从聚乙烯醇的已知性质中受益，以在浸渍工艺中起粘合剂作 用，这增加了浸渍的整体量并产生了更好的浸渍吸附作用。
除了使用掺杂剂之外，人们还可以使用本领域已知的其它添加 剂，用来改善静电颗粒过滤器的性能。这种添加剂的例子是活性炭。 第一电极l、第二电极2和/或过滤介质3可以包括活性炭。活性炭 的使用增加了从环境中去除诸如碳氢化合物和臭氧等的有害气体化 合物的功能，由此增强了静电颗粒过滤器的空气清洁效率，因为它能 够組合去除空中的颗粒和气体化合物。
用于浸渍包括具有掺杂剂的有机化合物的电极的方法是使用包 括掺杂剂的水溶液浸渍涂覆电极。在水溶液中浸入电极之后，以大约 2cm/s到大约20cm/s的速度从水溶液中取出电极。在从水溶液中取出 电极之后，在环境空气或者在强对流下的加热空气中干燥电极。水溶 液的第一个例子包括碳酸氢钾(0.01g/ml到0.3g/ml)和甲酸钾(0.001g/ml到0.05g/ml)。该水溶液还可以包括三(羟甲基)氨基曱 烷(0.01g/ml到O.lg/ml)和/或尿素(0.01g/ml到O.lg/ml)。水溶 液的第二个例子包括柠檬酸(0,01g/ml到0.4g/ml)和/或磷酸 ((U)lg/ml到0.25g/ml)。该水溶液还可以包括尿素(0.05g/ml到 ().15g/ml)。水溶液的第一个例子和水溶液的第二个例子都还可以包 括聚乙烯醇(0.005g/ml到0.05g/ml)和/或表面活性剂，以改善涂 层工艺。
第一电极l、第二电极2、过滤介质3和电源4是电路的一部分， 布置该电路以允许导电流通过过滤介质3，来响应由电源4供给电压 产生的、在第一电极1和第二电极2之间的电势差。当导电流存在时， 导电流从第一电极l开始、通过过滤介质3流到第二电极2，或者反 过来。根据污染程度、相对湿度、以及由电源4供给电压产生的在第 一电极1和第二电极2之间的电势差，导电流可以在mA范围内。然 而，基于安全考虑和电源4的容量，将允许在电路中流动的导电流限 制到设定的最大值，例如0.1mA。只要导电流不超过设定的最大值， 根据本发明的静电颗粒过滤器的过滤效率将静电增大到预期程度。在 非常高的相对湿度时，导电流可以达到设定的最大值，由此触发电源 4供给电压的降低，以便于将导电流限制到设定的最大值，在这些情 况下，将降低过滤效率的静电增加程度。
第一电极l和第二电极2可以以本领域技术人员已知的多种方法 分别与电源4连接，假设存在于空气流中的颗粒可以渗透到过滤介质 3中。例如，可以使用诸如金属化层或者金属结构等的互连。金属结 构沿着第一电极1或者第二电极2的表面在一个或者多个点处分别和 第一电极1或者第二电极2接触。第一电极l和第二电极2可以以本 领域已知的多种方法分别与过滤介质3连接，假设存在于空气流中的 颗粒可以渗透到过滤介质3中，并假设布置电路以允许导电流通过过 滤介质3。后者先决条件排除了第一电极1或者第二电极2在电路内 完全绝缘的可能性，例如，当通过浸涂或者喷涂金属丝或者沖压金属 线，同时挤压或者注塑绝缘体和金属丝，并将注塑绝缘体的两半围绕 金属丝接合在一起来制造第一电极1或者第二电极2时。后者先决条 件允许使用粘合剂去将第一电极1或者第二电极2和过滤介质3连 接。粘合剂的例子是树脂胶，其可以溶解在挥发性溶剂中，并且随后
12在将第一电极1或者第二电极2层叠在包括树脂胶的过滤介质3的侧 面之前将该树脂胶涂敷在过滤介质3的侧面上。
根据本发明的静电颗粒过滤器的另外优点是它能够便利地监控 静电颗粒过滤器的能力，以实现过滤效率的预期静电增强。在根据本 发明的静电颗粒过滤器中，布置第一电极l、第二电极2和过滤介质 3，以允许导电流通过过滤介质3。导电流值与过滤介质3内部沉积 的颗粒量正相关，尤其是与诸如来自香烟烟气或者煤烟中颗粒等的沉 积的导电颗粒量正相关。电流值还与相对湿度，以及由电源4供给施 加电压产生的、第一电极1和第二电极2之间的电势差正相关，为了 保证安全地运行静电颗粒过滤器和限制功率消耗，导电流不允许超过 设定的最大值。通过测量导电流的值可以监控静电颗粒过滤器实现预 期过滤效率的静电增强能力。当导电流超过设定的最大值时，在安全 运行条件下不可能实现预期的过滤效率的静电增强，并且由电源4供 给的电压必须降低，以便维持电流在设定的最大值，这导致了降低过 滤效率的静电增强。这可能意味着由于已经沉积在过滤介质3内的大 量颗粒而已经到了过滤器寿命的尽头，或者意味着相对湿度太高。通 过监控相对湿度以及与相对湿度和由电源4供给电压相关的导电流， 可以便利地检测过滤器寿命的尽头。检测过滤器寿命的尽头例如可能 导致传递报警信号。
当第一电极1和第二电极2分别共形地设置在过滤介质3的相对 侧面上时，以及当第一电极l、第二电极2、过滤介质3和电源4是 电路的 一部分(其中该电路被布置成允许导电流通过过滤介质3 )时， 第一电极1和第二电极2之间相对小的电势差足以在过滤介质3内产 生足够强的电场。例如，当过滤介质3具有3mm的厚度时，笫一电 极1和第二电极2之间的3kV的电势差在过滤器介质3内产生 lkV/mm的电场，其远远低于发生空气介质击穿的电场值3kV/mm。 第一电极1和第二电极2之间的电势差甚至可以增加到6kV，同时仍 然保持过滤介质3内的电场低于发生空气介质击穿的值。由此，布置 电源4,以供给O.lkV和10kV之间的电压，或者更特别地供给lkV 和5kV之间的电压。这意味着根据本发明的静电颗粒过滤器能够使 用相对廉价的电源4，并减少任何高压的安全危险。
图2的静电过滤系统包括颗粒充电部分6和颗粒聚集部分7。图2中的箭头8表示空气流过静电过滤系统的方向，并用来表示颗粒充 电部分6设置在颗粒聚集部分7的上游侧。布置颗粒充电部分6，以 对存在于空气流中的颗粒输入电荷，以增强过滤效率。随后将充电颗 粒吸入颗粒聚集部分7中。颗粒聚集部分包括如图1中所描述的第一 电极1、第二电极2、过滤介质3和电源4。由于和极化过滤介质3 的静电相互作用，充电颗粒在颗粒聚集部分7内被收集。
第一电极l、第二电极2和过滤介质3封闭在壳体5中。壳体5 可渗透包含颗粒的空气流，并构造成允许第一电极1和第二电极2与 电源4连接。在静电颗粒过滤器的运行寿命结束时，包括静电颗粒过 滤器的壳体5从静电过滤系统中去除、丟弃，并由包含新的静电颗粒 过滤器的新壳体代替。可丟弃的静电颗粒过滤器、第一电极l、第二 电极2和过滤介质3优选地由廉价材料制造。
图3示出了图2所示实施例的变形体，其中颗粒聚集部分7包括 第三电极9和第四电极10。第三电极9和第四电极10没有封闭在包 括静电颗粒过滤器的壳体5中。在这种布置中，第三电极9和第四电 极IO起到在电源4与第一电极1和第二电极2之间分别互连的作用。 例如，静电颗粒过滤器具有褶叠形状，第三电极9和第四电极10是 在褶叠的每个突出尖角处与第一电极1和第二电极2接触的平面金属 栅格。
例1
根据本发明的静电颗粒过滤器制造如下。使用包括甲酸钾 (KHC02, 0.01g/ml)、碳酸氢钾(KHC03， 0.04g/ml)、聚乙烯醇 (().(HgZml)和Alconox (由Alconox有限^>司制造的表面活性剂， (U)lg/ml)的水溶液浸渍涂覆具有大约50%的孔隙率、160nm的厚度 和2()0nmx 200nm的孔径值的两个聚酯纱网，之后在空气中干燥， 这导致在30%的相对湿度时，每个聚酯纱网具有每平方5'109Ohm的 薄膜电阻。从而，在浸渍涂覆工艺之后，聚酯纱网的每一个是适度导 电电极。聚酯纱网电极在过滤介质相对侧面上层叠。过滤介质包括具 有2(Vin的平均纤维直径的聚丙烯纤维。过滤介质具有大约3mm的 厚度、大约625mn^的面积和n5g/n^的表面质量密度。
在制造了如上文所述的静电颗粒过滤器之后，过滤介质被来自香烟烟气的导电颗粒严重污染。当在两个聚酯纱网电极之间施加3kV 或者6kV的电势差时，在被污染的过滤介质内分别建立了 lkV/mm 或者2kV/mm的电场。在50%的相对湿度时，当分别在两个聚酯纱 网电极之间施加3kV或者6kV的电势差时，测量到O.OlmA或者 (U)2mA的导电流流过#皮污染的过滤介质。
接下来，具有0.6m/s的速度并包括带电氯化钠(NaCl)颗粒的 空气流通过被污染的静电颗粒过滤器。测量了静电颗粒过滤器的过滤 效率随颗粒直径和过滤介质内电场值的变化关系。
图4和5包含在相对湿度0%和50%时分别进行测量的结果。在 电场值为OkV/mm (数据组A，用正方形表示)、lkV/mm (数据组 B，用圆團表示)和2kV/mm (数据组C，用三角形表示)时所测量
的分级过滤效率(T|)。在图4和5中，绘出了分级过滤效率(T])随
颗粒直径(d)(单位是nm)的变化关系。
通过比较在零电场(数据组A)得到的过滤效率和在非零电场(数 据组B和C)得到的过滤效率，清楚可见的是，被污染的静电颗粒过 滤器的过滤效率得到了静电加强，即使在50%的相对湿度时。
当没有布置静电颗粒过滤器以允许导电流通过过滤介质时，在 50%的相对湿度时，不会发生被导电颗粒严重污染的静电颗粒过滤器 过滤效率的静电增强。
1权利要求
1. 一种用于从空气中去除颗粒的静电颗粒过滤器，该静电颗粒过滤器包括具有第一和第二相对侧面的过滤介质、第一电极和第二电极，第一电极和第二电极可渗透包含颗粒的空气流，且第一电极和第二电极分别共形地设置在过滤介质的第一和第二侧面上，特征在于所述第一电极、第二电极和过滤介质布置成允许导电流通过过滤介质，以及第一电极是在30％的相对湿度时，具有包括在每平方大约106欧姆的下限值和每平方大约1012欧姆的上限值范围内的薄膜电阻的适度导电电极。
2. 如权利要求1所述的静电颗粒过滤器，其中，第二电极是在 3()%的相对湿度时，具有包括在每平方大约106欧姆的下限值和每平 方大约1012欧姆的上限值范围内的薄膜电阻的适度导电电极。
3. 如权利要求1或2所述的静电颗粒过滤器，其中，下限值是 每平方大约107欧姆和/或上限值是每平方大约IO"欧姆。
4. 如权利要求1或2所述的静电颗粒过滤器，其中，下限值是 每平方大约108欧姆和/或上限值是每平方大约101()欧姆。
5. 如之前任一权利要求所述的静电颗粒过滤器，其中，适度导 电电极包括有机化合物。
6. 如权利要求5所述的静电颗粒过滤器，其中，有机化合物是 亲水性有机化合物。
7. 如之前任一权利要求所述的静电颗粒过滤器，其中，中等导 电电极包括掺杂剂。
8. 如权利要求7所述的静电颗粒过滤器，其中，掺杂剂是亲水 性掺杂剂或者吸水性掺杂剂。
9. 如权利要求5所述的静电颗粒过滤器，其中，过滤介质包括 憎水性材料。
10， 一种静电过滤系统，包括颗粒充电部分以及之前任一权利要 求所述的静电颗粒过滤器。
11. 如权利要求7所述的静电颗粒过滤器，其中，掺杂剂是光催化剂。
12. —种静电过滤系统，包括颗粒充电部分、如权利要求11所 述的静电颗粒过滤器以及布置成产生用于触发光催化剂的紫外辐射的光源。
全文摘要
本发明涉及用于从空气中去除颗粒的静电颗粒过滤器。该静电颗粒过滤器包括具有第一和第二相对侧面的过滤介质(3)、第一电极(1)和第二电极(2)，第一电极(1)和第二电极(2)分别共形地设置在过滤介质(3)的第一和第二侧面上。第一电极(1)、第二电极(2)和过滤介质(3)布置成允许导电流通过过滤介质(3)。第一电极(1)是在30％的相对湿度时，具有包括在每平方大约10⁶欧姆的下限值和每平方大约10¹²欧姆的上限值范围内的薄膜电阻的适度导电电极。本发明还涉及包括静电颗粒滤波器和颗粒充电部分(6)的静电过滤系统。
文档编号B03C3/64GK101489684SQ200780027304
公开日2009年7月22日 申请日期2007年7月9日 优先权日2006年7月19日
发明者J·马拉 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司