专利名称：用于净化空气的荷电流体液滴动态静电过滤器装置的制作方法
技术领域：
一般说来，本发明与空气净化设备有关，尤其是喷射荷电流体液滴到“脏”空气流类型的空气净化器。具体地讲，本发明公开了一种空气过滤器，该空气过滤器将半导电的流体液滴荷电并将它们喷射到一个包含夹带的灰尘微粒空气流的腔室中。微粒被荷上一种极性的电荷。流体液滴被荷上相反极性的电荷，因此，微粒被吸引到液滴上。液滴在一个收集面上聚集，然后经再循环并再次用于收集其它灰尘微粒。
背景技术：
室内空气包括很多小微粒，当它们被人吸入或接触时，会产生有害的影响。单尘埃就包括引起人们免疫反应的皮屑、尘螨粪便、宠物皮垢和其它微细(尺寸小于10微米)微粒。这可由尘螨粪来进行说明，其包括各种丝氨酸和半胱氨酸蛋白酶，引起呼吸困难并且是造成很多敏感症症状的原因。
虽然已经采用过滤系统来减少存在于选定场所的小微粒数量，很多最常见的如尺寸在约0.1微米至约10微米范围内的刺激材料仍然存在。众所周知，可有效去除在此尺寸范围内的微粒的过滤器，其气孔孔口需要非常小，因此容易堵塞并产生很高的背压，因此，需要大功率鼓风机。而且，保持适当的空气流经此类过滤器的能力需要大量的电能，成本高而且麻烦。
其它类型的净化装置，如离子和静电装置，利用微粒上的电荷将微粒吸引到一个特定的载有相反极性电荷的收集面上。此类装置需要经常清扫收集面并且在功效方面仅获得有限的成功。
应当理解，由于没有建于公共场所的复杂和高能耗的过滤系统那样的有利条件，小微粒在居室中可聚集并且被住户重新吸入。现有技术净化系统的一个缺点是它们的尺寸和高电功率需求量，其影响运行成本和体积相当大的过滤装置的美观性。
对于专利文献，美国专利4,095,962(Richards发明)公布了一种静电涤气器，其通过设置一个配置好的喷嘴以使喷嘴的顶端在该顶端上的流体的表面上方形成一个基本均匀的电场，来产生高荷电的流体液滴而不产生电晕的并发产物，并且这个电场大得足以从顶端扯下液滴但却没有大到产生电晕放电。废气中的选定气体、固体物体和流体雾气通过一个吸引高荷电液滴的静电收集器被去除。液滴借助于电场产生移动，穿过废气到达集尘电极上，因此，吸引选定气体和悬浮微粒，并载送它们到集尘电极。荷电液滴的液滴尺寸范围为半径30至800微米。氢氧化铵是其中一种被推荐的涤气流体，在废气为二氧化硫时使用。
Richards的另一个美国专利6,156,098也公开了一种荷电液滴气体洗涤器装置，该装置允许通过利用在荷电的流体液滴和在未荷电的颗粒中被感应的电偶极之间的单极—偶极引力来进行涤气。液滴的产生和荷电产生一组“敷涂液膜电极”，其中液滴从液膜的边缘被放射出去，并且这些液膜间隔置于导电的感应电极间。这种构造还防止在给流体液滴荷电时电晕放电。一旦液滴被荷上电，它们在微粒粒子中感应一个电偶极力矩。液滴通过一个冲击分离器被收集，流体然后被收集到一个储液槽中并且通过一个过滤机过滤。在Richards的′098专利中，优选流体为导电流体例如自来水，液滴的尺寸范围为直径25至250微米。这些液滴的最佳尺寸被规定为140微米。若流体是水，该系统可以是一个开环系统，并且水不需要被再循环。也可以采用其它的流体，但是它们必须具有50microSiemens每厘米(其为5欧姆-1-米-1)的最小电导率。Richards的′098专利不利用在液滴上的电荷来“净化”空气中的脏微粒。相反，Richards的装置仅仅尝试从水流中产生水液滴，不必在那些液滴上保留电荷。
Richards的这两个专利不是以寓所或办公室空气净化系统为目标，具体来说而是以洗涤废气，例如发电厂产生的那些废气为目标。此外，Richards的专利采用导电流体，并且这种流体不必经过再循环，尤其是使用水的时候，因为水非常便宜。Richards这两个发明的另一个特征是水滴尺寸相当大，而且在大多数情况下是以从相当高温的废气中去除相当大的微粒为目标。这么大的液滴对于去除粒径相对小的颗粒物质效果不会很好。
本领域的另一发明是Cohen的美国专利3,958,959，其公开了一种用尺寸在60至250微米之间的荷电液滴从气流中去除微粒和流体的方法，其中，优选尺寸为80至120微米之间。通过喷出稳定的流体射流例如水来产生液滴，其中，流体射流通过在射流和涤气器收集侧壁之间施加一个电位被分成荷电液滴。当液滴在两个接地侧壁极板之间被喷射时，脏输入空气以与流体液滴流方向成一夹角的方向流动，并且一旦被荷电，液滴就被吸引到侧壁上。由于液滴以与气流的运动方向成一夹角的方向运动，这就提高了液滴与微粒间的相对速度。当液滴碰撞到接地侧壁极板后，其流到侧壁的底部并被收集在侧壁下方的槽沟中，这种流体因此包含某些来自气流的颗粒。所得到的浆液被再循环并且颗粒物质通过一个介质过滤器被去除。在这个发明中，“液滴漂移时间”通常少于25毫秒。
Cohen发明中的液滴由水组成，并且在某些情况下，可以有化学试剂添加到水中，这将与要被去除的气体成分发生反应。此类化学试剂的一个实施例是用于去除二氧化硫的氢氧化钠。收集效率的实施例如
图12所示，其显示代表空气量运动的比收集面积曲线，其按平方英尺每cfm(立方英尺每分钟)表示。该曲线生成于平均粒径为1至10微米范围内，并且很显然粒径越小，总的收集效率越小。没有一个曲线降低到0.3微米的粒径，并且很明显，保持效率在80％至90％以上要需要相当大的比收集面积(并且这仅仅是外推这些曲线在所述专利文献中没有任何记载提到是否这些曲线实际上能被外推到较小的粒径范围内)。
本领域的另一个专利文献是ACE实验室拥有的欧洲专利1 095 705 A2，其公开了一种空气净化装置。该装置通过电动液力雾化方法形成荷电的“超细流体液滴”，此该雾化方法将高电压施加在在其顶端具有喷嘴的毛细管上，流体以超细流体液滴的形式从顶端被喷出。这些流体液滴“吸引”流经管道的富含灰尘的空气。事实上，荷电流体液滴将本身吸附到富含灰尘空气中的微粒上，并且这些微粒马上接受来自这些流体液滴的电荷。空气流被射进一个静电集尘器(即，一个静电沉淀器)，其具有交替荷电和接地的平行极板，从而形成一个具有与由流体液滴传递的电荷极性相反极性的电场。用水来作为示例性流体，因为水不仅能载送电荷一段短距离，而且也能加湿未荷电的空气。尽管该EPO文献指出流体液滴吸引灰尘，但实际上情况正好相反超细流体液滴要比灰尘小得多，并且该发明的主要发明思路传递电荷给输入空气的灰尘微粒而不产生电晕效应是一种聪明的方法。ACE实验室的专利(该欧洲专利)公开了一种可将水滴快速吸引到吸入的空气中的灰尘微粒上、并且将电荷因此传送到灰尘上的系统。因此，很短的驰豫时间可能会有用，并因而可用水作为流体介质。此文献指出小于0.1微米的“细尘”被“容易而有效地去除”，并且也指出实验数据显示该装置可从空气中去除约90％以上的灰尘。
整体住宅空气净化器要考虑的一个问题是，如果用水作为产生荷静电的液滴的流体，必须记住，细菌可在水中生长。因此在再循环系统中采用水是不理想的。然而，水比较便宜，所以如果需要的话，空气净化器可构造成用水来产生荷电液滴。在这种情况下，水在单通路系统中不进行再循环。也必须记住，不管怎样，水不容易保持电荷任何明显的时限。因此，由于其相当高的导电性，它具有很短的“驰豫时间”。导电性差的流体将具有较长的驰豫时间，因此能保持电荷更长的时限。这样的“半导电”流体优选地将具有行进几英寸或更远的能力，同时在液滴从喷嘴被喷射出时，保持被传递到其上的全静电电荷，因此具有从喷嘴到集尘极板或容器的其总行程期间从通入的“脏”空气中吸引微粒的能力。以下非常详细的描述显示，本发明利用了这个原理。
很多整体住宅空气净化器被构造成静电沉淀器，主要因为此种空气净化器装置具有相当低的背压(即，压力损失)特性。因此使一个炉子能够经过一个空气净化器吹出其所有的输出空气而不产生过高的压力损失(其将另外需要一个大得多的电机和更多的电能消耗)。虽然静电沉淀器非常普遍，它们的集尘效率技术标准还有许多待改进之处。
目前现有的传统静电空气净化器，对0.3微米微粒的集尘效率典型地低于70％，和对于ASHRAE的“尘点试验”集尘效率典型地低于78％。此外，静电过滤器需要保持清洁，这是一个常常被此类静电过滤器的消费者或使用者忽略的具有负面后果的关键特性。在标准静电过滤器中，它们的金属极板或纤维介质容易在相当短的时间内被灰尘所覆盖，并且当这种情况发生时，静电过滤器变得更加低效。此外，在具有相当高密度这样纤维的纤维静电过滤器中，一旦这些纤维被灰尘所覆盖，过滤器可完全地变成实际上的介质过滤器(即，只依靠机械部件来防止给定尺寸的微粒从其渗透的过滤器，因此产生很大的背压特性)。
静电空气净化器的一个实施例为由Honeywell制造，型号为“F300E”的电子空气净化器，已经在2000年公布了一个数据表。在这个数据表中，Honeywell指出F300E的“分级效率”在空气流速为500英尺每分钟(fpm)(152.4米/分钟)时对0.3微米微粒为70％。
这个Honeywell文献也有一个称为图1的图，其显示空气净化器在不同的气流速率下的效率和压力损失。该图1显示基于利用ASHRAE(美国保温、制冷和空调工程协会)标准52.1-92的国家标准局“初始尘点法”的效率额定值。当分析在此图表上最大过滤器的气流速率时，过滤器尺寸为为20英寸(50.8厘米)×25英寸(63.5厘米)，气流速率为500fpm，或为1736cfm(立方英尺每分钟)。在这个气流速率下，空气净化效率约为84％，压力损失约为0.11英寸(0.28厘米)水柱。这将提供一个压力调节效率(PAE)，其为此发明的发明者创造的空气过滤器的新颖特性，其中PAE等于净化效率除以压力损失—值为764(即，84除以0.11)。
必须注意的是，以上尘点方法被称作“初始”尘点法。这一点对于静电空气净化器尤其重要，因为一旦空气净化元件开始积聚灰尘，它们的效率下降很快。以下将进行更详细的讨论。
1999年，Carrier公司公布了现有技术静电空气净化器的另一种产品目录，为其所卖的型号系列“AIRA”中尺寸为012、014和020的电子空气净化器。在该目录中，最大的过滤器元件为24×20过滤器，型号为AIRAAXCC0020。采用ASHRAE尘点试验，这种过滤器在500英尺每分钟空气流速下的“性能表”显示，在背压为约0.07英寸(0.18厘米)水柱时，空气净化效率约为79％，这将提供约1128的PAE值。这个很低的背压指标显然不包括任何导管或将空气引入到元件本身和从元件本身带走空气的进气口和出气口的距离的几何构造形式的压力损失。
正如从以上资料所见到的，尤其是在Honeywell F300E空气净化器技术标准上的资料，利用ASHRAE尘点法比采用包含单一粒径如0.3微米微粒的空气流更容易获得较高的净化效率。这主要是由于两个原因在第一种情况下，ASHRAE尘点试验包括多个尺寸的微粒，很多粒径大于0.3微米；第二个原因是ASHRAE尘点试验利用通常容易聚在一起的微粒，所以有效粒径比单一粒径更大。
办公室或居室的房间常用的一种介质空气过滤器类型是HEPA过滤器，其规定为对于去除直径0.3微米或以上的微粒具有99.97％的净化效率。正如在EPA对于HEPA和ULPA织物过滤器名为“EPA-CICA Fact Sheet”的出版物中所提到的，这是一个标准的工业技术规格。HEPA过滤器典型地可使相当大的每单位体积表面积的空气流过其产生净化。否则压力损失(或背压)将会很高，并因此需要很大的马达来运转。对于“清洁的”过滤器典型的压力损失为约1英寸(2.54厘米)水柱。当过滤器投入使用并开始积聚灰尘或脏微粒时，压力损失将会增加，并且当其达到2(5.08厘米)至4(10.16厘米)英寸水柱之间时，就典型地表示该过滤器有效寿命的终结。某些HEPA过滤器在它们是“清洁的”时候具有较低的压力损失范围，为0.25至0.5英寸(0.63厘米至1.27厘米)水柱。
典型地，在等于四(4)英寸(10.16厘米)水柱下运行HEPA过滤器，较高的运行压力可能使过滤器破裂。HEPA过滤器常常用于净化单个房间的空气，但不常用作“整体住宅”空气净化系统。这种情况的主要原因是对于一个适当尺寸的HEPA过滤器来说，流经一个典型的住宅里面的一个典型的炉子或一个空调的空气远远太大了。换言之，HEPA过滤器将不得不造得很大来处理流经住宅里面的典型的炉子和空调的巨大风量。
英国的一个名为Airclean的公司互联网站点上提供了对于HEPA过滤器的运转特性的一个实施例，其有一个互联网站点域名airclean.co.uk。按照该站点提供的表格，介质尺寸为24英寸×24英寸(60.96厘米×60.96厘米)的HEPA过滤器在空气流速为60fpm(英尺每分钟)时将有约0.803英寸(2.039厘米)水柱的压力损失(200Pa)。对于该HEPA过滤器，PAE特性值将为约124.5(99.97％÷0.803英寸(2.039厘米)水柱)。
HEPA型过滤器也被用于核环境，尽管此类环境典型地需要非常大的空气净化效率指标。因此，贯穿此类过滤器介质的空气流通常要慢得多，并且典型的指标是5fpm(英尺每分钟)的空气流速。“第16届美国能源部核空气净化会议，第十场”在摘录中提供了一份相当详细地描述此类过滤器的论文。在这份报告的第673页，各种在5fpm介质速度运行的核HEPA过滤器显示具有在0.92英寸(2.34厘米)和1.27英寸(3.23厘米)水柱之间的初压力损失。该过滤器当“终”压力损失升高到3英寸(7.62厘米)水柱时，被认为达到了其使用寿命的尽头。由于它们不得不处理非常大的气体体积(即，对于整个核工厂办公室设施)，这样的核装置具有能完全充满一个大房间的介质过滤器。因此，此类过滤器被认为不能用于寓所或标准办公建筑。
核空气净化会议摘录中第680页的表完全显示了关于HEPA过滤器的寿命、以及其压力损失特性随时间变化而变化的情况。例如，过滤器之一在两个月内压力损失变化为从1.04英寸到1.37英寸(2.64厘米到3.48厘米)水柱，其在两个月内变化了约32％。两个其它的过滤器显示，运行时间超过四个月后，它们的压力损失特性从1.1英寸至1.5英寸(2.79厘米至3.81厘米)水柱，在四个月的时间跨度内，背压特性改变了约36％。对于这种类型的过滤器，每月几乎增加9％的背压。预计其它类型的HEPA过滤器可相应地增加，ULPA过滤器也一样。
HEPA过滤器需要一定电量用于风扇来将空气吹过介质型过滤器。此风扇典型地需要电动马达，电动马达需要约瓦特至1瓦特每cfm(立方英尺每分钟)的风扇和空气量运动负载。当用作房间空气净化器时，对于一个面积约20英尺×20英尺(6.1米×6.1米)的房间，一个典型的HEPA过滤器将循环大约350cfm的空气量。对于这样一个HEPA室内空气净化器的电动力要求在180至200瓦特范围内。
用HEPA过滤器作为“房间”过滤器的一些缺点如下HEPA过滤器产生噪声、运行需要大的背压和允许细菌设法进入过滤器中并留在那里。在过滤器介质中宿有细菌的场合中，当变动过滤器时，细菌可被释放到空气中。此类过滤器常被用于空气需要再循环的狭窄的系统中，如在喷气飞机中。细菌将被不断地再循环或者将被捕集在过滤器介质中；然而，当过滤器被变动或“被清洁”时，它们仍然能被释放到空气中。
可被讨论的另一个特性是过滤器的“渗透性”，其表示过滤器介质的“孔隙”的百分数除以体积的百分数。对于HEPA过滤器，渗透性典型地小于1％。这意味着与能够穿过过滤器介质不产生某些类型的碰撞相比，空气分子极可能“撞”进过滤器介质中，因此产生明显的背压。在本发明中，过滤器的渗透性大得多。HEPA过滤器的背压特性的一个后果是风扇产生了相当大的噪音水平，对于一个20英尺×20英尺(6.1米×6.1米的室内空气净化器，可高达70分贝。
因此，希望开发一种净化空气的装置和方法，使其能够以可适应的、非妨碍的和与工作环境相容的方式去除规定尺寸的微粒(约0.1微米至约10微米)。也希望确定一种可供净化空气的装置和方法使用的流体以及其必不可少的属性，使其满足用作喷雾所需要的电和喷雾性要求。还希望提供一种动态静电空气净化装置，改进其背压和空气净化特性，使其优于HEPA过滤器和静电沉淀器二者的指标。
发明概述因此，本发明的一个优点是，它提供一种动态静电空气净化装置。当空气以有效的速率从其中流过来净化整体住宅、或者只是一个单人房间时，其显示具有相当高的空气净化效率，同时也显示具有相当低的背压。
本发明的另一个优点是，它提供一种动态静电空气净化装置。其经过相当长时限的连续运转，不用清洗或更换该装置的主要部件，显示具有相当高的空气净化效率同时也显示具有相当低的背压。
本发明还有一个优点是，它提供一种可与传统的静电沉淀器相媲美的动态静电空气净化装置。当输入空气中的微粒尺寸大致为0.3微米时，在大致2.54米每秒(500fmp)空气流速下，在小于0.2英寸(0.508厘米)水柱的背压下显示具有大于70％的空气净化效率。
本发明仍然还有一个优点是，它提供一种可与传统的静电沉淀器相媲美的动态静电空气净化装置。当输入空气中的微粒与ASHRAE尘点试验相应时，在大致2.54米每秒(500fmp)空气流速下，在小于0.1英寸(0.25厘米)水柱的背压下显示具有大于85％的空气净化效率。
本发明仍然还有一个优点是，它提供一种可与传统的HEPA过滤器相媲美的动态静电空气净化装置。当输入空气中的微粒尺寸大致为0.3微米时，在大致0.4572米每秒(90fpm)空气流速下，在小于0.8英寸(2.03厘米)水柱的背压下显示具有大致99.97％的空气净化效率。
本发明还有另一个优点是，它提供一种静电空气净化装置。其从密闭空间快速净化空气，通过利用荷静电的固体珠粒或其它形状的微粒/物体，吸引在输入空气中夹带的亚微米微粒，包括生物危害性材料，输入空气的温度和湿度基本不变；在该装置中，固体珠粒不被再循环。
根据本发明的第一方面，它公开了一种用于从空气中去除微粒的装置，其包括至少一个接受空气流的进气口；一个与进气口进行流(即，流体)交换的第一腔室，其中，具有第一极性的半导电的喷雾液滴的荷电喷雾被引入到通过其的空气流中，以便微粒被静电吸引到喷雾液滴并被保持在其上；和一个同第一腔室保持流体相通的出气口，其中空气流排出该装置后，基本上不含微粒。该装置的第一腔室还包括一个用于吸引喷雾液滴的收集面、一个电源和一个连到电源上的用来接受流体、从其中产生喷雾液滴及给该喷雾液滴荷电的喷雾嘴。
根据本发明的第二方面，该装置也可包括一个与在第一末端的进气口和在第二末端的第一腔室保持流体相通的第二腔室，其中在空气流中夹带的微粒被荷上与先前进入第一腔室的空气流第一极性相反的第二极性电荷。该装置的第二腔室还包括一个电源，至少一个连到电源上用于在该第二腔室产生电场的电荷传送元件，和一个与第二腔室相连用于限定和控制电场的接地元件，其中空气流在电荷传送元件和接地元件之间经过。
根据本发明的第三方面，该装置还包括一个同第一腔室保持流体相通的流体再循环系统，其用于从收集面提供流体给喷雾嘴。流体再循环系统包括一个同收集面保持流体相通的器件，一个同该器件保持流体相通的容器，和一个用于将流体供给喷雾嘴的泵。该流体再循环系统也可包括一个位于收集面和泵之间用于从流体中去除微粒的过滤器，以及一个用于监测被泵入喷雾嘴前的流体质量的器件。可以利用一个可更换的盒体来覆盖容器，该盒体包括一个与在第一末端的第一腔室收集面和在第二末端的容器进行流体交换的入口，和一个与在第一末端的容器和在第二末端的泵进行流体交换的出气口。
根据本发明的第四方面，它公开了一种从空气中去除微粒的装置，其包括至少一个具有一个进气口和一个出气口的限定通路。其中，每个进气口接受一个空气流和该空气流在每个出气口排出通路，和一个位于每个进气口和每个出气口之间的第一区域。在此处，具有第一极性的半导电流体液滴荷电喷雾被引入到通路内以使在空气流中夹带的微粒被静电吸引到喷雾液滴上并被保留在其上。该装置还包括一个与通路第一区域相连接用于吸引喷雾液滴的收集面，以及一个与其相连的在通路的第一区域内用于接受流体、产生喷雾液滴和给喷雾液滴荷电的喷雾嘴。该装置也可以包括一个位于进气口和第一区域之间的第二区域，其中在空气中夹带的微粒被荷上与第一极性相反的第二极性电荷。该第二区域包括至少一个与其相连的用于在通路的第二区域内产生电场的电荷传送元件，以及一个与其相连的用于限定和控制在该通路的第二区域内电场的接地元件。
根据本发明的第五方面，它公开了一种从空气中去除微粒的方法。其包括以下步骤将夹带微粒的空气流引入到一个限定区域中；将具有第一极性的半导电流体液滴的带电喷雾供给该限定区域，其中微粒被静电吸引到喷雾液滴上并被保留在其上；和将喷雾液滴吸引到一个收集面上。该方法还包括从流体中形成喷雾液滴和使该喷雾液滴荷电的步骤。该方法优选地包括提供与第一极性相反的第二极性电荷给在空气流中的微粒的步骤。该方法还包括以下的一个或多个步骤从空气流中过滤出尺寸大于规定尺寸的微粒；监测空气流的质量；从喷雾液滴中过滤出微粒；将喷雾液滴收集到流体的聚集体中；再循环流体聚集体供喷雾之用和监测再循环流体形成喷雾前的质量。
根据本发明的第六方面，它公开了一个供空气净化装置使用的盒体。其包括一个有一个入口和一个出口的外壳和一个用于容纳与在第一末端的入口和在第二末端的出口保持流体相通的流体聚集体的容器，其中半导电流体液滴的荷电喷雾被引入到空气流中并被收集起来以便形成流体聚集体。该盒体也可包括一个位于入口和容器之间的过滤器，以及一个位于容器和出口之间的泵。该盒体被配置成入口是与收集的流体聚集体保持流体相通和出口是与在空气净化装置中形成流体液滴的一个器件保持流体相通的形式。该盒体外壳可起到空气净化装置的收集面的作用并包括一个与其相连的喷雾嘴。
根据本发明的第七方面，公开了一种用作空气净化装置中喷雾的流体，其中在进入空气净化装置的空气流中的微粒被静电吸引到喷雾的液滴上。该流体具有在规定范围内根据指定的算法实现喷雾性因子的物理特性，其中，喷雾性因子是流体的某些物理特性的函数，其与能被形成的喷雾液滴尺寸和喷雾的覆盖范围及效率有关。这样的流体物理特性包括流动速率、密度、电阻率、表面张力、介电常数和粘度。喷雾性因子也可以是在被引入流体的空气净化装置中形成的电场的函数。优选流体地为半导电的、非水的、惰性的、非挥发性的和无毒的。
本发明另外的优点和其它的新奇颖特征将部分地在下面的说明书中阐述，和部分地通过下列分析或通过本发明的实施来学习，对于本领域的技术人员将变得显而易见。除非另外指明，本文中所述的所有百分数、比率和比例均按重量计。除非另外指明，本文所述的温度均以摄氏度(℃)计。所有引用的文献均作为参考而引入相应的部分中。
要获得前述的和其它的优点，并依照本发明的一个方面，它提供了一种空气净化装置，其包括一个流进输入空气流的腔室，输入空气中包含有多个微粒，该输入空气在该腔室内经净化后成为输出空气流；至少一个流体经其被喷进该腔室的喷嘴，流体在喷出此至少一个喷嘴时被荷上静电，流体被分离成多个液滴；和该腔室被设置成引起输入空气流和荷电流体液滴在混合空间混合，其中多个微粒被吸引到荷电流体液滴上，因此从输入空气中去除多个微粒的一部分，其因此成为输出空气流；其中，当输入空气流以大致2.54米每秒(500fpm)的空气流速流经腔室的混合空间时，尺寸大致为0.3微米的多个微粒从输入空气中被净化，其净化效率大于70％，背压小于0.2英寸(0.51厘米)水柱，并且基本上不会改变输入空气的温度和湿度。
根据本发明的另一方面，它提供了一种空气净化装置，其包括一个流进输入空气流的腔室，输入空气中包含有多个微粒，该输入空气在该腔室内经净化后成为输出空气流，至少一个流体经其被喷进该腔室的喷嘴，流体在喷出该至少一个喷嘴时被荷上静电，流体被分离成多个液滴；和该腔室被设置以使输入空气流和荷电流体液滴在混合空间混合，其中多个微粒被吸引到荷电流体液滴上，因此从输入空气中去除多个微粒的一部分，其因此成为输出空气流；其中，当输入空气流以大致2.54米每秒(500fpm)的空气流速流经腔室的混合空间时，依照ASHRAE尘点试验的多个微粒从输入空气中被净化，其净化效率大于85％，背压小于0.1英寸(0.25厘米)水柱，并且基本上不会改变输入空气的温度和湿度。
根据本发明的另一方面，它提供了一种空气净化装置，其包括一个流进输入空气流的腔室，输入空气中包含有多个微粒，该输入空气在该腔室内经净化后成为输出空气流；至少一个流体经其被喷进该腔室的喷嘴，流体在喷出该至少一个喷嘴时被荷上静电，流体被分离成多个液滴；和该腔室被设置成引起输入空气流和荷电流体液滴在混合空间混合，其中多个微粒被吸引到荷电流体液滴上，因此从输入空气中去除多个微粒的一部分，其因此成为输出空气流；其中，当输入空气流以大致0.4572米每秒(90fpm)的空气流速流经腔室的混合空间时，尺寸大致为0.3微米的多个微粒从输入空气中被净化，其净化效率大于99.97％，背压小于0.8英寸(2.03厘米)水柱，并且基本上不会改变输入空气的温度和湿度。
根据本发明的另一方面，它提供了一种单通路空气净化装置，其包括一个流进输入空气流的腔室，输入空气中包含有多个微粒，该输入空气在该腔室内经净化后成为输出空气流；至少一个多个小固体物体经其被喷进该腔室的喷嘴，小固体物体被荷上静电；和该腔室被设置成引起输入空气流和荷电固体物体在混合空间混合，其中多个微粒被吸引到荷电固体物体上，因此从输入空气中去除多个微粒的一部分，其因此成为输出空气流；其中，当输入空气流流经腔室的混合空间时，显示具有亚微米尺寸微粒的很大一部分从输入空气中被净化，输入空气的温度和湿度基本不变，并且其中固体物体不进行再循环。
根据本发明的又一方面，它提供了一种空气净化装置，其包括一个流进输入空气流的腔室，输入空气中包含有多个微粒，该输入空气在该腔室内经净化后成为输出空气流；至少一个流体经其被喷进该腔室的喷嘴，流体在喷出该至少一个喷嘴时被荷上静电，流体被分离成多个液滴；和该腔室被设置成引起输入空气流和荷电流体液滴在混合空间混合，其中多个微粒被吸引到荷电流体液滴上，因此从输入空气中去除多个微粒的一部分，其因此成为输出空气流；其中，当输入空气流流经腔室的混合空间时，多个微粒从输入空气中在压力调节效率(PAE)下被净化，压力调节效率代表净化效率的百分数除以背压，在空气净化装置被连续使用两个月后，偏离不超过25％。
要获得前述的和其它的优点，并依照本发明的一个方面，它提供了一种空气净化装置，其包括一个流进输入空气流的腔室，输入空气中包含有多个微粒，该输入空气在该腔室内经净化后成为输出空气流；至少一个流体经其被喷进该腔室的喷嘴，流体在喷出该至少一个喷嘴时被荷上静电，流体被分离成多个液滴；和该腔室被设置成引起输入空气流和荷电流体液滴在混合空间混合，其中多个微粒被吸引到荷电流体液滴上，因此从输入空气中去除多个微粒的一部分，其因此成为输出空气流；其中，当输入空气流以大致2.54米每秒(500fpm)的空气流速流经腔室的混合空间时，尺寸大致为0.3微米的多个微粒从输入空气中被净化，其净化效率大于70％，背压小于0.2英寸(0.5厘米)水柱，并且基本上不会改变输入空气的温度和湿度。
根据本发明的又一方面，它提供了一种空气净化装置，其包括一个流进输入空气流的腔室，输入空气中包含有多个微粒，该输入空气在该腔室内经净化后成为输出空气流，至少一个喷嘴，经其流体被喷进该腔室、流体被荷上静电、流体被分离成多个液滴；和该腔室被设置成引起输入空气流和荷电流体液滴在混合空间混合，其中多个微粒被吸引到荷电流体液滴上，因此从输入空气中去除多个微粒的一部分，其因此成为输出空气流；其中，当输入空气流以大致2.54米每秒(500fpm)的空气流速流经腔室的混合空间时，依照ASHRAE尘点试验的多个微粒从输入空气中被净化，其净化效率大于85％，背压小于0.1英寸(0.25厘米)水柱，并且基本上不改变输入空气的温度和湿度。
根据本发明的又一方面，它提供了一种空气净化装置，其包括一个腔室，输入空气流流进其内，输入空气中包含有多个微粒，该输入空气在该腔室内经净化后成为输出空气流；至少一个喷嘴，经其流体被喷进该腔室、流体被荷上静电、流体被分离成多个液滴；和该腔室被设置成引起输入空气流和荷电流体液滴在混合空间混合，其中多个微粒被吸引到荷电流体液滴上，因此从输入空气中去除多个微粒的一部分，其因此成为输出空气流；其中，当输入空气流以大致0.4572米每秒(90fpm)的空气流速流经腔室的混合空间时，尺寸大致为0.3微米的多个微粒从输入空气中被净化，其净化效率大于99.97％，背压小于0.8英寸(2.03厘米)水柱，并且基本上不会改变输入空气的温度和湿度。
仍然根据本发明的又一方面，它提供了一种单通路空气净化装置，其包括一个流进输入空气流的腔室，输入空气中包含有多个微粒，该输入空气在该腔室内经净化后成为输出空气流；至少一个多个小固体物体经其被喷进该腔室的喷嘴，小固体物体被荷上静电；和该腔室被设置成引起输入空气流和荷电固体物体在混合空间混合，其中多个微粒被吸引到荷电固体物体上，因此从输入空气中去除多个微粒的一部分，其因此成为输出空气流；其中，当输入空气流流经腔室的混合空间时，显示具有亚微米尺寸微粒的很大一部分从输入空气中被净化，并且基本上不会改变输入空气的温度和湿度，并且其中固态颗粒不进行再循环。
对于本领域技术人员来说，通过阅读下列说明书和附图，本发明仍具有的其他优点将变得显而易见。其中，所述说明书和附图描述和显示是在实施本发明最好的模式之一时的本发明优选的实施方案。正如将会认识到的，本发明也具有其它不背离本发明的不同的实施方案，并且可在明显不同的方面修改其个别细节。因此，附图和说明书本身只是说明性的而不具有限定性。
附图简述引入和形成说明书一部分的附示说明了本发明的几个方面，并且和说明书和权利要求一起用来解释本发明的原理。在这些图中图1是本发明中空气净化系统的第一实施方案的示意性视图，其空气流进入系统的方向正交于流体喷雾的方向；图2是本发明中空气净化系统的第二实施方案的示意性视图，其空气流进入系统的方向基本上与流体喷雾的方向相同；图3是本发明中空气净化系统的第三实施方案的示意性视图，其空气流进入系统的方向基本上与流体喷雾的方向相反；图4是在限定通路内如图1所示空气净化系统的示意性视图；图5如图4所示一次性盒体的局部横截面的横截面视图；图6A是在如图1、4和5所示的空气净化装置的第一腔室或区域内采用一个轴对称喷雾嘴的示例性收集器件的顶视图；图6B是如图6A所示收集器件的横截面侧视图；图7A是在如图1、4和5所示的空气净化装置的第一腔室或区域内采用一个轴对称喷雾嘴的示例性收集器件的顶视图；图7B是如图7A所示收集器件的横截面侧视图；图8A是在如图2和3所示的空气净化装置的第一腔室或区域内采用一个轴对称喷雾嘴的示例性收集器件的顶视图；图8B是如图8A所示收集器件的横截面侧视图；图9A是在如图2和3所示的空气净化装置的第一腔室或区域内采用一个轴对称喷雾嘴的示例性收集器件的顶视图；图9B是如图9A所示收集器件的横截面侧视图；图10是喷雾嘴的示例性多喷嘴结构的侧视图，该喷雾嘴可被用在如图1至4所示的空气净化系统的第一腔室中；图11A至11H是用于如图10所示的多喷嘴结构的示例性管模式的示意性视图；图12是用在空气净化系统的第一腔室中的第一喷雾嘴结构的横截面侧视图，该空气净化系统包括与充电管保持流体相通的空气辅助通路；图13是用在空气净化系统的第一腔室中的第二喷雾嘴结构的侧视图，该空气净化系统包括一个围绕充电管的空气辅助通路；图14是用在空气净化系统的第一腔室中的第三喷雾嘴结构的横截面侧视图，该空气净化系统包括一个围绕充电管的空气辅助通路；图15是具有多个如图4所示的限定通路的空气净化系统的示意性透视图；图16是空气净化系统的示意性侧视图，其限定通路具有多个位于其中的集尘电极；图17是如图1所示的空气净化系统的示意性透视图，其具有多个进气口和一个与其成一夹角的出气口；图18是如图17所示的空气净化装置的示意性侧视图，其显示其中的流体喷雾的模式；和图19是如图1至4所示的空气净化装置的方框图，在其中指示了空气流、流体和电荷；图20是利用根据本发明的原理构造的10英寸×4英寸×2英寸(25.4厘米×10.16厘米×5.08厘米)空气净化器计算机模拟数据的压力损失对空气流动速率的曲线图；图21是利用根据本发明的原理构造的10英寸×4英寸×2英寸(25.4厘米×10.16厘米×5.08厘米)空气净化器计算机模拟数据的空气净化效率对微粒大小的曲线图；图22是利用根据本发明的原理构造的10英寸×4英寸×2英寸(25.4厘米×10.16厘米×5.08厘米)空气净化器计算机模拟数据的空气净化效率对收集器液滴直径的曲线图；图23是利用根据本发明的原理构造的10英寸×4英寸×2英寸(25.4厘米×10.16厘米×5.08厘米)空气净化器计算机模拟数据的收集器流体流动速率对收集器液滴直径的曲线图。
优选实施方案详述现在将详细给出对于本发明的当前的优选实施方案的参考资料，其中的一个实施例在附图中以插图的方式作了说明，在所有视图中相同的标号代表相同的元件。
虽然已经举例说明和描述了本发明的特定实施方案和/或个体特征，但是对于本领域的普通专业技术人员来说，在不脱离本发明实质和范围的情况下显然可以进行各种其它变化与改进。此外，应该清楚这些实施方案和特征的所有组合均是可能的，可导致本发明的优选实施方案。
如图1所示，一个净化空气的装置10包括一个具有一个进气口14和一个出气口16的外壳12。将会看到，配置了进气口14来接受空气流，该空气流通常用参考数字18指示。从其内包含某些在规定尺寸范围(约0.1微米至10微米)内的微粒(用参考数字20识别)的意义上来说，空气流18可被认为是肮脏的空气。在进气口14旁边还优选地包括一个过滤器22，以防止大于规定尺寸的微粒进入装置10中，也可靠近进气口14放置一个传感器23来监测进入装置10的空气质量。
更具体地讲，装置10包括一个与进气口14保持流体相通的第一腔室或限定区域24，在此处，具有第一极性(即正的或负的)的半导电流体液滴28的荷电喷雾26被引入到经过该处到出气口16的空气流18中。喷雾液滴28优选地在第一腔室24内以基本均匀的方式分布，以便微粒20适合被静电吸引到喷雾液滴28上并保留在其上。可以看到，第一腔室24包括一个用于从供给它的半导电的流体30形成喷雾液滴28的第一器件(即，喷嘴)和用于给喷雾液滴28荷电的第二器件(即，荷静电的元件)。应当理解，该荷电器件可执行其功能而无论是在用第一器件形成喷雾液滴28之前还是之后。
优选地，配置了一个连到电源36(约18千伏)上的喷雾嘴34来起第一和第二器件的作用以便其接受半导电流体、从其中产生喷雾液滴28和给该喷雾液滴28荷电。在第一腔室24中也配置了一个与喷雾嘴34隔开预定距离的收集面38来吸引喷雾液滴28以及随其保留的微粒20。这样，微粒20被从在装置10中循环的空气流18中去除。应当理解，收集面38不是接地就是荷上与喷雾液滴28的第一极性相反的第二极性的电荷来增强到那里的吸引力。为了使装置10得以以有效的方式完成任务，优选地，喷雾液滴28上的电荷被维持到其撞到收集面38为止，在其上面该电荷被中和。
装置10优选地包括一个与在第一末端的进气口14和在第二末端的第一腔室24保持流体相通的第二腔室或限定区域40，其中，在空气流18中夹带的微粒在空气流18进入第一腔室24之前被荷上与喷雾液滴28的第一极性相反的第二极性的电荷20。为了提供这样的电荷，优选地通过至少一个连到一个电源44(例如，提供大约8.5千伏的电压)的电荷传送元件42(即放电针)在第二腔室40内产生一个电场。虽然电荷传送元件42可在很多方向上定向，其被设置在第二腔室40内使得其基本平行于空气流18为优选的。这可以通过如图4所示的横穿过第二腔室40的中心支撑元件46来实现。应当理解，中心支撑元件46可以被成形成很多种，只要其对电荷传送元件42提供必需的支撑并允许空气流18没有阻碍地流过第二腔室40。
第二腔室40还包括一个与之相连的用于限定和控制此处所产生的电场的接地元件48。应当理解，空气流18在电荷传送元件42和接地元件48之间经过。也可在第二腔室40上连接一个收集面，此收集面可由电荷传送元件42荷电，使得其极性与喷雾液滴28的极性相反并从而产生吸引力。为了更好地在微粒20上荷电，可在第二腔室40中设置一个用于在空气流18中造成湍流的器件转到第一腔室24，应当理解，对于喷雾嘴34和收集面38，可利用各种配置和结构，但它们应该匹配使得在第一腔室24中维持基本均匀的电场。因此，当喷雾嘴34为轴对称喷雾嘴时，收集面38优选地采取分别如图6至9所示的环形洗净器、漏斗、多孔圆盘或线网圆筒的形式。应当理解，当喷雾嘴38为线性喷雾嘴时，收集面38优选地是实心板、实心棒或多孔板结构。
另一种对于喷雾嘴34的示例性结构是采用了一种多喷嘴配置的结构。这种喷雾嘴可采取带有多个喷射管54的Delrin主体52的形式，喷射管54与在第一末端的该Delrin主体52和在第二末端的第一腔室24保持流体相通(见图10)。应当理解，当采用如图11A至11H所示的多喷嘴结构时，喷雾嘴34可提供任何数目的流态。
应当理解，喷雾液滴28可以各种方法从流体30中产生，由于在被喷成雾状的流体30和周围的空气或气体之间需要很高的相对速度，这可通过将以高速进入相对慢的运动空气或气体流的流体30放电或把相对慢的运动流体暴露到高速空气流之下来实现。因此，本领域的技术人员会领会到，可利用压力雾化器、旋转雾化器和超声雾化器。另一种器件用到一个振动的毛细管来产生均匀的滴流。如图12至14所示，本发明设想利用空气辅助型雾化器。在这种类型的喷雾嘴中，半导电的流体30被暴露于以高速流动的空气流中。这可以以在气体和流体在排出出口孔(见图12和13)之前在喷嘴内混合的内混合构造或气体和流体在出口孔处混合的外混合构造的一部分的形式出现(见图14)。
虽然每个喷雾嘴配置优选地包括一个半导电流体流经其到达出口孔53的主导管51，以及一个连到主导管51上用于提供其内的流体/喷雾液滴28所需电荷的荷电元件55，将会看到，通路57也给喷雾嘴34提供空气。在图12中，通路57与主导管51保持直接流体相通以便在排出出口孔53之前将流体和空气混合。图13和14将通路57描绘成是与腔室59保持流体相通，因此，所提供的流经该处的空气在排出出口孔53之前与在任一分离腔61中的流体混合(图13)或描述成流体经由与腔室59保持流体相通并位于出口孔53旁边的分离腔63排出出口孔53(图14)。采用空气辅助的示例性喷雾嘴特指Seawise公司制造的SW750型喷雾嘴。
不管喷雾嘴34和收集面38的配置如何，应当理解，喷雾液滴28优选地以基本均匀的方式被分布在第一腔室24内。可以确定，喷雾液滴28优选地应以与空气流18基本同样的速度进入第一腔室24。喷雾嘴34也可以不同的方式取向，以便喷雾液滴28在与空气流18方向基本相同的方向上(见图2)、与空气流18方向基本相同的方向上(见图3)或与空气流18方向成一夹角(即基本垂直)的方向上(见图1)流动。相对于微粒20的尺寸来说，喷雾液滴28的尺寸是一个重要的参数。因此，喷雾液滴28的尺寸优选地在约0.1至1000微米范围内，更优选地在约1.0至500微米范围内，最优选地在约10至100微米范围内。
设计要考虑的一个方面应该是传给液滴的电荷密度虽然较高的喷嘴34的充电电压很可能会进一步保证将在喷嘴的出口形成液滴，通常最好不要采用高电压，这将易于导致液滴变得很微小(即，在0.1微米以下)。很微小的液滴可能易于被夹带在空气中，并且可能因此完全未到达“目标”收集面38。当然这将产生两个负面后果(1)这样的液滴将不会去除微粒，和(2)工作流体将会随时间而损耗。此外，很微小的液滴可能无法“抓”在大于某个尺寸的微粒上面，尽管很小的微粒几乎一直就是被很微小的液滴所去除。
在图1中，外壳12的出气口16与第一腔室24保持流体相通，以便通过其的定向空气流(用箭头56指示)基本上不含微粒20。也可靠近出气口16设置一个过滤器58以去除任何没被第一腔室24中收集面38吸引的喷雾液滴28。优选地在出气口16处设置一个传感器60，用于监测排出装置10的空气流56的质量。因此，为了均衡装置10的效率和从空气流18中基本去除微粒20的能力，可以理解空气流18具有预定的流经装置10的流动速率。为了更好地保持所需的流动速率，进气口14和/或出气口16也可包括一个器件62或64，例如风扇，来分别协助推送或抽吸从进气口14经由第一和第二腔室24和32的空气流18。
设置了一个控制器50(见图4)以操纵装置10，并且更具体地讲，操纵电源36、电源44、风扇62和风扇64。因此，控制器50被连到用于监测排出装置10的空气质量的传感器60和用于监测通过流体再循环系统66循环过的流体30的质量和流动速率的传感器76上。
从图1至4也可看到，流体再循环系统66优选地是与收集面38保持流体相通以使俘获从喷雾液滴28聚集的流体30并且使其返回到喷雾嘴34以继续使用。具体地讲，流体再循环系统66包括一个用于从收集面38和确定第一腔室24的内壁67上收集流体30的器件。此流体收集机构优选地被结合进收集面38中，就如具有如图6至9所示构造的孔口所证明的那样。流体再循环系统66也包括一个与用于贮存流体30(来自喷雾液滴28聚集在收集面38上)的器件保持流体相通的容器70和一个用于给喷雾嘴34供应该流体30的泵机72。
应当理解，流体再循环系统66也优选地包括一个位于收集面38和喷雾嘴34之间用于从流体30中去除微粒20的过滤器74。这有助于保持流体30更纯静并防止喷雾嘴34可能的堵塞。可设置一个与过滤器74相结合的器件76来监测流体30被泵入喷雾嘴34之前的质量，器件76能够指示该流体30应该在何时被换掉。
在如图5所示的流体再循环系统66的一种优选实施方案中，利用了一个一次性盒体78来容纳其至少一部分。这允许用来作喷雾液滴28的半导电的流体30在需要的时候很容易被换掉。更具体地讲，盒体78包括一个外壳80，其具有一个与在第一末端的收集面38和在第二末端的容器70保持流体相通的入口82。在盒体外壳80上也设置了一个出口84，其与在第一末端的容器70和在第二末端的泵机72保持流体相通。如图5所示，在盒体外壳80之内可包含一个过滤器74，以便流体30在进入容器70之前流经于此。可供选择地，可定位过滤器74以便流体30首先进入容器70。应当理解，在盒体78内可或不包括监测器件76，但其应该放置在泵机72的上流。如果设置有盒体78，监测器件76优选地将会指示其内的流体30应何时被更换。盒体外壳80的入口82和出口84每个都分别显示出具有一个从外壳80伸出来的帽部86和88和优选地具有一个通过每个各自的帽部覆盖通路92和94的自动封口隔膜90。
优选地，配置盒体78以便入口82是与由收集面38聚集的流体30保持流体相通。当然，外壳80本身的一部分可起到收集面38的作用。类似地，将优选地配置盒体78以便出口84是与喷雾嘴34整体保持流体相通。优选地在外壳80上设置带有相应的可拆的塞件98的孔口96，以便认为流体30太脏或不纯时，允许其从容器70中排出。也可用同样的方法在容器70中换进新的流体。
应当理解，可在盒体78中放置一个泵(图5中在模型中用参考数字100识别)来协助移动流体30经过出口84。任选地，把开关102和盒体78结合在一起以便当盒体没被放置好时，装置10不会运转。同样，可以一种特定的方式配置盒体78，以便只有具有如此构形的盒体被认为是适于使用。
已经发现，装置10，和尤其是在第一腔室24中用喷雾嘴34形成的喷雾液滴28的尺寸、密度和电荷，被优选地设计以满足效率设计参数EDP在规定范围内。现有的经验已经发现，效率设计参数在约0.0至0.6范围内为可接受，而在约0.0至0.3范围内为优选和在0.0至0.15范围内为最佳。此效率设计参数优选地被作为几个参数的函数计算。当微粒20和喷雾液滴28被荷电时(即K＝1)，第一分量为电荷相关参数CDP，其用以下公式计算CDP＝10aL+bL-cL-dL+25.45当只有喷雾液滴28被荷电时(K＝-1)，那么该电荷相关参数优选地由以下公式计算CDP＝[(102*aL+2*bL-PL-dL+18.26)0.4]+1其中a＝荷静电喷射微粒20的每单位面积电荷(单位为库仑每平方厘米)b＝所收集的微粒20的电荷(单位为库仑)c＝所收集的微粒20的直径(单位为微米)d＝微粒20和喷雾液滴28间的相对速度(单位为米每秒)P＝喷雾液滴28的直径(单位为微米)应当理解，aL、bL、cL、dL和PL为上述各个变量的对数。
效率设计参数EDP的第二分量是一个无量纲的参数ND，其优选地根据以下公式计算ND＝P3Q/(-1.910×1012+P3Q)其中P＝喷雾液滴28的直径(单位为微米)Q＝喷雾液滴28的数目(单位为微粒数每立方厘米)效率设计参数EDP接着优选地从以下方程确定EDP＝exp[(ND×CDP×W×38100)/(P×Z)]其中ND＝无量纲参数CDP＝电荷相关参数(无量纲的)W＝从空气首先接触喷雾点到空气脱离喷雾点空气流方向上的直线距离(单位为英寸)P＝喷雾液滴28的直径(单位为微米)Z＝速度相关参数(无量纲的)应当理解，当空气流18以与喷雾液滴28流动方向基本相同或基本相反的方向运动时，速度相关参数Z等于1。如果喷雾液滴流28与空气流18成一夹角，速度相关参数Z被表示成Z＝cos[arctan(V2/V1)]为了更好地理解效率设计参数EDP的计算方法，确定了一个示例性计算，希望用密度为500粒每立方厘米的荷静电的10微米喷雾液滴的喷雾从空气流中移去1微米悬浮微粒。悬浮微粒进入速度为2.1米每秒的空气里的喷雾中。喷雾液滴以2米每秒的速度行进到收集面38并且其行进方向与空气流18的方向相同。悬浮微粒20在进入喷雾26之前在第二腔室中被电晕荷电并具有6×10-17库仑的电荷。荷静电的喷雾液滴28的电荷每单位面积为9.5×10-9库仑每平方厘米并且喷雾26伸出2英寸(5.08厘米)的距离。
按照给以上实施例所提供的资料，P＝10 PL＝1.0Q＝500W＝2Z＝1a＝1.7×10-8C/cm2aL＝-7.77b＝6×10-17C bL＝-16.22c＝1μmcL＝0d＝0.1m/s dL＝-1K＝+1CDP＝10aL+bL-cL-dL+25.45＝281ND＝-2.62×10-7EDP＝exp[{(-2.62×10-7)×(281)×(2)×38100}/{(10)×(1)}]＝0.57虽然可认为对上述实施例的设计是在可接受的范围内，就会看到，将该实施例修改成喷雾密度为2000粒每立方厘米和喷雾液滴尺寸为30微米，使电荷相关参数CDP能够达到162和无量纲参数ND达到-2.83×10-5。因此，效率设计参数EDP经计算等于9×10-5，可认为是在最佳范围内。
对于用于本发明的半导电流体30，此流体优选地为非水的，以便从其形成的喷雾液滴28能够有足够的滞留时间维持应用的电荷(即在撞到收集面38前)另外，明显是出于安全原因，该流体30优选地应该是惰性的、非挥发性的和无毒的。已经发现，该流体应该具有某些物理特性，使其能被形成所需要尺寸的喷雾液滴28，在第一腔室24中提供所需要的喷雾范围和如同由效率设计参数EDP所测算的那样起到有效地吸引和保持微粒20的作用。
考虑到流体30用作喷雾液滴28所需要的功能性，已经确定了一个公式，其估量对于特定的流体本发明通称为喷雾性因子SF的数值。首先，从以下公式确定该流体的特征长度CLCL＝[{(PFS)2×(ST)}/{(D)×(1/R)2×(107)}]1/3紧接着，从以下公式确定该流体的特征流动速率CFRCFR＝[{(PFS)×(ST)}/{(D)×(1/R)×(105)}]和从以下公式确定特性相关参数PDPPDP＝[{(ST)3×(PFS)2×(6×103)}/{(V)3×(1/R)2×(FR)}]1/3然后，如果特性相关参数小于1，喷雾性因子SF从以下方程计算SF＝[log(CL)+log[(1.6)×((RDC)-1)1/6×[(FR)/{(CFR)×(6×107)}]1/3-((RDC)-1)1/3]]如果特性相关参数PDP大于1，喷雾性因子SF从以下方程计算SF＝-[log(CL)+log[(1.2)×{[(FR)/{(CFR)×(6×107)}]1/2)-0.3]应当理解，在以上方程中已确定的参数如下FR＝流动速率(单位为毫升每分钟)D＝流体的密度(单位为千克每升)RDC＝流体的相对介电常数(无量纲的)R＝电阻率(单位为欧姆厘米)ST＝流体的表面张力(单位牛顿每米)PFS＝自由空间的介电常数(单位为F/m)V＝流体的粘度(单位为帕斯卡)
结合以上公式，已经发现，该喷雾性因子SF的可接受范围是约2.4至7.0，优选范围是约3.1至5.6，和最优范围是约4.0至4.9。
为了更好地理解喷雾性因子的计算，接下来是对于丙二醇以0.3毫升每分钟流动速率进行喷射的计算。丙二醇的密度为1.036千克每升，粘度为40毫帕斯卡，表面特征长度为38.3毫牛每米，电阻率为10兆欧和介电常数为32。根据前述方程，算得特征长度CL为3.045×10-6，特征流动速率CFR为3.19×10-11，和特性相关参数PDP为5.03×10-2。由于PDP小于1，喷雾性因子SF采用第一个方程计算并被确定为4.4(在最优范围内)。应当理解，如果流动速率增加到3毫升每分钟，算得喷雾性因子为4.0，其仍在最优值范围内)。
根据以上公式，已经发现，适合于指示参数的优选范围是流体的粘度(V)范围为约1至100毫帕斯卡；表面张力(ST)范围为约1至100毫牛顿每米；电阻率(R)范围为约10千欧至50兆欧并且优选范围为约1至5兆欧和电场(E)为约1至30千伏每厘米。流体的相对介电常数(RDC)优选范围为从1.0到50。
在考虑到以上公式和采用流体30作为喷雾26的要求时，已经发现，可采用下述流体类别油、硅酮、矿物油、食用油、多元醇、聚醚、乙二醇、烃、异链烷烃、聚烯烃、芳香酯、脂族酯、含氟表面活性剂以及其混合物。
对于此类流体，在装置10中采用以下类型是优选的乙二醇、硅氧烷、醚、烃和它们的取代的或未取代的分子量小于400的齐分子量聚合物以及其混合物。以下为更优选的二亚乙基乙二醇、单乙基醚、三亚乙基乙二醇、四聚乙烯乙二醇、三聚丙烯乙二醇、丁烯乙二醇和甘油。已经发现，某些包含以下数量的此类流体混合物为优选的(1)50％丙二醇、25％四聚乙烯乙二醇和25％二丙基乙二醇；(2)50％四聚乙烯乙二醇和50％二丙基乙二醇；(3)80％三亚乙基乙二醇和20％四聚乙烯乙二醇；(4)50％四聚乙烯乙二醇和20％1，3丁烯乙二醇；和，(5)90％二丙基乙二醇和10％transcutol CG(二亚乙基乙二醇一甲基醚)。
为了更好地理解本发明的方法，用以下常用箭头在图19中描述装置10中的电荷流、流体流和空气流。黑体箭头表示电荷流；实线箭头表示流体流和扩展箭头表示空气流。在优选的实施方案中，将会看到，空气流18经进气口14进入第二腔室40中，在此处微粒20被荷上所需要极性的电荷。此空气流18优选地在进气口14处通过过滤器22被过滤，以便在进入第二腔室40之前将其中的尺寸大于10微米的微粒从中分离出来。空气流18也可以在第二腔室40内产生湍流以便增强微粒20的荷电能力。空气流18接着进入第一腔室24中并与此处的喷雾液滴28交互作用，以便微粒20被静电吸引到喷雾液滴上并从空气流18中除掉。最后，空气流56排出第一腔室24并流经出气口16。空气流56可被过滤器58再次过滤，并且用传感器60监测其质量以便确定装置10的效率。
对于电荷流，从图19中可见，在第二腔室40中，具有所需要极性(与喷雾液滴28的极性相反)的电荷依靠电荷传送元件42和电源44被提供给微粒20。不是在喷雾液滴28形成前就是在形成后，具有与放在微粒20上的电荷极性相反极性的电荷通过喷雾嘴34和电源36被提供给流体30或喷雾液滴28。接着，在第一腔室24中，微粒20被吸引到喷雾液滴28上并被运送到收集面38，在其上面微粒20和喷雾液滴28上的各自电荷产生中和。
在图19中将会看到，半导电流体30被供给喷雾嘴34以便喷雾液滴28被形成并被提供进第一腔室24成为喷雾26。其后，喷雾液滴28被吸引到收集面或元件38上，在此处它们优选地被收集以形成流体聚集体并通过流体再循环系统66被再循环到喷雾嘴34。这包括流体30被收集在容器70中和被泵机72供给喷雾嘴34。如图19所示，该流体30具有被过滤器74过滤过的微粒20和在进入泵机72之前用质量检测器器件76监测过该流体30的质量为优选的。
空气过滤器的特性之一为渗透性，其如上所述代表孔隙的百分比除以过滤器介质体积的百分比。在本发明中渗透性典型地大于97％，这与HEPA过滤器的渗透性小于1％相比非常有利。因此容易明白为什么本发明在流经过滤器的空气速率相同的条件下具有比任何类型的HEPA过滤器低得多的背压特性。
本发明的另一重要方面是其非常低的噪音，其是由吹气的风扇产生的。由于在本发明中背压相当不明显，风扇和与其相连的马达的噪音将在30至40分贝的范围内。对于小装置，这种噪音指标甚至会更低。在本发明被安装于家居中炉子的进风口或出风口的场合，那时就不需要单独的风扇/马达装置，并且炉子或空调的鼓风扇即可满足全部需要。本发明的背压(或压力损失)指标将比同样安装于家居中炉子或空调器中的传统静电空气过滤器更佳。
本发明实际上可利用任何类型的喷嘴，尽管优选的一种喷嘴将是毛细管大小的喷嘴，其中喷嘴元件34将采用多个这样的喷嘴。液滴可形成为各种尺寸，尽管实际的毛细管尺寸不是液滴尺寸必要的决定因素。一旦其表面带有静电电荷的液滴被形成，它们将趋向于在喷嘴和收集器元件38之间非常快地行进。如果在喷嘴34和收集器元件38之间的距离为，例如约四英寸(10.16厘米)，那么在电荷被耗散前液滴行进整个四英寸(10.16厘米)距离为优选的。如果行程时间是在最大十分之几秒的数量级内最好，因此所用的产生液滴的流体应该具有同样数量级的驰豫时间。优选地，流体的驰豫时间指标为至少十分之几秒，或甚至达到一秒。因此如上所述，半导电流体为优选。
本发明真正地起到“动态”流体静电过滤器的作用。由于流体进行再循环，其表面(成为液滴)被更新并且将依靠其在表面上的静电电荷连续吸引灰尘或脏微粒。经过相当一段时间后，半导电流体最终充满污垢和灰尘，从而效果降低。对于一种优选的流体，过滤器在充满污垢和灰尘之前可被连续使用4至6个月。
本发明的另一个有益的特性是，当空气流经过滤器进行净化时，空气过滤器运转基本上不改变空气温度和湿度。这和将进入的空气充分地加热到3000°F的军用空气过滤器完全相反，经军用过滤器过滤后，在被允许再循环回到人们工作的空间以前，空气必须基本上被冷却下来。
正如下面将要看到的，本发明的空气净化器可与静电沉淀器型空气过滤器和HEPA型过滤器相媲美。事实上，通过在静电空气过滤器和HEPA空气过滤器的背压指标和净化效率指标之间成功地运行，本发明基本上填补空气过滤器类型的这两个极端之间的空白。
尽管很多静电空气过滤器额定为约500fpm(英尺每分钟)的空气流速，当净化的微粒尺寸为约0.3微米时，它们的压力损失典型地大于0.2英寸(0.5厘米)水柱。如上所述，在这些条件下，这样的静电空气过滤器的净化效率典型地为70％或更小。与此对比，本发明可在500fpm(其等于约2.54米每秒)空气流速下运行，当净化输入空气中尺寸为0.3微米的微粒时，将产生比0.2英寸(0.5厘米)水柱小得多的背压，净化效率大于70％。
当采用ASHRAE尘点试验时，静电空气过滤器将典型地显示较大的空气净化效率，与采用尺寸为0.3微米的微粒相比，在同样500fpm的空气流速下，在较低的背压下，净化效率将典型地约为84％。本发明仍然可与之媲美，在ASHRAE尘点试验的条件下，当空气流速为2.54米每秒(等于500fpm)时，本发明在小于0.1英寸(0.25厘米)水柱的背压下将具有比85％大得多的净化效率。
本发明的另一个重要的特性是，其空气效率指标基本上几个月不下降，其与静电空气净化器完全相反，静电空气净化器的净化效率在类似的运转周期内显著下降，有时在运转几周后就明显下降。因此，经过几个月运转后，本发明将不会明显增加其背压特性。典型地，本发明的空气过滤器连续运转超过六十天后，其背压和空气净化效率特性变化小于10％。
对于HEPA过滤器，它们典型地被额定为约90fpm(其等于0.4572米每秒)的空气流速，针对0.3微米直径的污物或尘土粒径，和99.97％的净化效率。大多数在这种空气流速下的HEPA过滤器具有大于一英寸(2.54cm)水柱的背压。与此对比，本发明可运行在90fpm空气流速下，对于0.3微米粒径净化效率基本上为99.97％，和背压将小于0.8英寸(2.032厘米)水柱。除此之外，流经本发明过滤器的空气将基本上不改变其温度和湿度特性。
在本发明的一个可供选择的实施方案中，取代流体液滴的固体“珠粒”可从“喷雾”喷嘴中被喷射进一个“混合腔室”例如第一腔室24来碰撞引入空气中的微粒或在其紧邻的范围内。这些固体珠粒可在正好它们从某些类型的喷雾嘴或多个喷雾嘴如图1中的元件34中被输出之前荷上静电。这些固体珠粒为半导电材料或绝缘材料以便它们能被荷电并且保持那个电荷一直到珠粒到达收集面为止，或更确切地讲，到达收集箱或槽，而不是一个如图1中的表面38的平收集面。
当利用固体珠粒作为从引入的空气中吸引污垢或灰尘的荷电材料时，系统将不是再循环系统，而将是一个更有效的净化空气的“一次性”使用或“一次性”系统。当固体珠粒在收集槽或箱(或任何其它形状的腔室)中积聚起来时，那么这些珠粒可被处理掉。这对于从空气中去除某些类型的亚微米尺寸的危险细菌或生物危害性材料将会特别有用。
发明人预期这样一种从空气中净化生物危害性或危险微粒的系统在医院或在军用装置中会非常有用，而且将供应足够数量的固体珠粒以便可以密封一个特殊的房间，启动空气净化系统，然后通过喷嘴34以高速(和高密度)分送固体珠粒，持续足够的时间直到实际上房间中的所有空气已经被循环至少两次或三次，从而去除生物危害。
本发明已经以样机形式或采用计算机模型两种方法进行了测试。出自计算机模拟情况的某些测试数据被显示于图20至23中，其中，测试对象为尺寸约10英寸×4英寸×2英寸(25.4厘米×10.16厘米×5.08厘米)的过滤器。图20图示说明以英寸水柱表示的压力损失对以立方英尺每分钟表示的气流速率的曲线图。对于10英寸×4英寸(25.4厘米×10.16厘米)的过滤器横截面，100cfm等同于360fpm(英尺每分钟)的空气流速，200cfm等同于720fpm，300cfm等同于1080fpm，和400cfm等同于1440fpm。
在图20中，曲线200显示在所指出的这些空气流速率下的压力损失，并且必须注意的是，该计算机模拟的数据指的是穿过过滤元件本身的压力损失，不包括任何超出过滤器本身的那些由于管道或进气口和出气口构造形式而产生的附加压力损失。当然本发明中用的术语“过滤介质”实质上指的是第一腔室24，例如，如图1所示。换言之，没有所涉及的固体过滤介质，但相反该过滤介质由一个有液滴经其通过的敞开的腔室或容积空间组成。
图20的计算机模拟数据采用的荷电液滴尺寸为直径30微米，和液滴密度为3,000滴每立方厘米。
图21为显示空气净化效率对引入空气中夹带的颗粒物质粒径的曲线图。曲线202显示，采用0.1微米到100微米范围内的粒径，效率几乎为100％。虽然在某些粒径(例如0.3微米)条件下、或常常采用ASHRAE尘点试验测试静电沉淀器型过滤器，在0.3微米粒径条件下测试HEPA过滤器。
图22和23为来自用于本发明的计算机模拟的其它数据。这是本发明用作室内空气净化器的一个实施例，其中通过过滤器(即，第一腔室24)的空气流速为2.1米每秒(其转换为约414fpm的空气流速)，来自喷雾嘴34的被荷电的液滴速度为2.0米每秒(约394fpm)。该过滤器尺寸还是10英寸×4英寸×2英寸(25.4厘米×10.16厘米×5.08厘米)，因此在此2.1米每秒的空气流速条件下，净化空气供应速率(CADR)为大约110cfm(立方英尺每分钟)。
现在参见图22，曲线210、212和214代表单位为滴每立方厘米的不同密度。曲线210为1000滴每立方厘米(cc)，同时曲线212为2,000滴每立方厘米和曲线214为3,000滴每立方厘米。Y轴代表“云收集效率”(即，空气净化效率)，同时X轴代表的“收集器液滴直径”，单位为微米。从图22可见，当液滴直径小于30微米时，微粒数越浓密，效率越大。然而，如果液滴直径大于30微米，效率实质上相当于与液滴密度无关。当然，液滴的密度越大，每单位时间必须通过喷雾嘴34荷电的流体越多。
图23具有代表不同的液滴每立方厘米数的相应曲线220、222和224。曲线220代表1,000滴每立方厘米，同时曲线222代表2,000滴每立方厘米和曲线224代表3,000滴每立方厘米。Y轴为用流经喷雾嘴34的流体的“流动速率”，单位为升每分钟，同时X轴代表“收集器液滴直径”，单位为微米。
如图23所示，单位体积的液滴密度越大，流动速率越大，其当然一定是真的。由于收集器液滴直径下降，那么流动速率也同样下降，即使液滴的密度被维持在恒定值。
以下以表格形式提供在图20至23的曲线中没得到的补充资料。在第一个实施例中，本发明的计算机模拟数据显示对于5米每秒(约984英尺(299.9米)每分钟)的管道空气流速，在三种不同的液滴密度下的微粒直径(单位为米)、微粒收集效率和微粒“透过率”(其大体上为“1-收集效率”)。对于整个住宅的加热、迎风和空调系统来说，管道内5米每秒的空气流速是典型的。该数据在三个不同的表格中提供，本发明指的是表#1到#3，分别对应1000滴每立方厘米、2000滴每立方厘米和3000滴每立方厘米的液滴密度。
表#15米/秒空气流速(典型的家庭管道流速)1000滴/立方厘米
表#25米/秒空气流速(典型的家庭管道速度)2000滴/立方厘米
表#35米/秒空气流速(典型的家庭管道速度)3000滴/立方厘米
表#1到#3可与传统的静电沉淀器相比，并且可以看到，本发明的净化效率与已知的现有技术静电沉淀器相比相当高，特别在当液滴密度为3000滴每立方厘米的条件下。在粒径为一微米或更大时，甚至在液滴密度为仅仅1000滴每立方厘米时，本发明的净化效率也是较高的。
如上所述，用于产生荷电液滴流体的电导率是供本发明之用的一个重要的性质。电导率越高，液滴起初被荷上一定电压的电荷越容易。然而，流体的电导率越低，电荷的“寿命”越长，其在技术上被称为“驰豫时间”。
如果流体的电导率数值为10-12欧姆-1-米-1，那么，驰豫时间为约18秒。另一方面，如果电导率数值增加到6.7×10-10欧姆-1-米-1，那么，驰豫时间减小到约3毫秒。对于本发明的用途，驰豫时间为至少十分之几秒为优选的，和更优选地为大于一秒。
在如图22和23所示的实施例计算机模型模拟中，液滴速度为2米每秒，如果驰豫时间为至少一秒的话，将允许从输入空气收集微粒的腔室相当大。当然，在此模拟模型中，贯穿“介质”的距离仅为2英寸(5.08厘米)，所以驰豫时间当然小得多，同时荷电液滴在从喷嘴到集尘极板之间的整个行程过程仍然保持其电荷。
正如在相关申请中所提到的，用于本发明的流体优选地将具有相对低的粘度，并将具有小于10-4欧姆-1米-1的电导率。电导率将优选地甚至小于这个10-4数值，并且更佳的数字为小于10-10欧姆-1米-1。这将提供较大的驰豫时间，大于0.1秒的驰豫时间。
应当理解，净化效率等于在输入空气中夹带的微粒数减去在输出空气中夹带的微粒数，除以在输入空气中夹带的微粒数，并且这个数量乘以100％。当在实验样机或生产单位测量实际的微粒数时，典型地采用微粒计数器。
如上所述，本发明引入了一个称为“压力调节效率”(PAE)的新特性，来描述空气净化过滤器的效率和压力损失特性。PAE用净化效率(用百分数)除以压力损失(用英寸水柱)来测定，产生一个具有压力倒数单位的数值结果。在本专利文献中，单位将一直为英寸水柱的倒数。
对于“新”过滤器，PAE将典型地处于其最大值，并且当该过滤器被使用后，在压力损失降趋于增加的同时，净化效率将下降。因此降低PAE数值计算结果。HEPA过滤器在“新”的时候将趋于具有约100的PAE值，就是99.97％除以约0.1英寸(0.25厘米)水柱的背压。当然，一旦过滤介质中积聚了颗粒物质，此背压趋于相当快地增加，并且PAE因此将相应地下降。
静电沉淀器型空气过滤器趋于具有非常大的PAE值，主要因为在效率保相对高水平的同时，通常对于ASHRAE尘点试验至少在70％至80％的范围内，压力损失非常小。本发明在仍然以同样的效率(即，99.97％)从空气中去除亚微米微粒的同时，可获得基本上大于任何HEPA过滤器的PAE。
即使不大于那些由传统的静电沉淀器型空气过滤器获得的PAE值，本发明也能获得基本相似的PAE值。此外，本发明的PAE值在长期使用，例如超过连续两个月范围的运转时间后，将基本上不变。然而，传统的静电沉淀器经过同样的运行时间后将显著地损失净化效率，因为它们的收集元件开始积聚颗粒物质，其将降低荷电元件吸引更多颗粒物质的可能性。例如，本发明在连续使用两个月之后将会继续在PAE偏离不超过25％的状况下运行。
本发明可在空气流速500fpm(2.54米每秒)的条件下，在小于0.2英寸(0.5厘米)水柱的背压下以大于70％的效率净化空气中尺寸大致为0.3微米的微粒。当采用ASHRAE尘点试验时，在同样的空气流速条件下，本发明可提供在小于0.1英寸(0.25厘米)水柱的背压下的大于85％的净化效率。
当以基本上类似于HEPA过滤器的空气流速条件运行时，当粒径为0.3微米时，用90fpm(0.4572米每秒)的空气流速，本发明在小于0.8英寸(2.03厘米)水柱的背压下可获得至少99.97％的净化效率。
以下根据表#4提供表格资料的另一个实施例。表4列举了本发明的在空气流速为0.03米每秒(约5.9英尺(1.8米)每分钟)条件下运行的过滤器的计算机模拟数据，其提供与传统的HEPA过滤器的直接比较。即使当液滴密度仅为1000滴每立方厘米时，表#4的收集效率也极其高，并且实际上收集效率在粒径为5微米时如此之高致使测量精度无法提供在100％以下的收集效率值。
表#40.03米/秒空气流速(HEPA对照)1000滴/立方厘米
为了说明和描述起见，进行了本发明的优选实施方案的前述描述。并不打算详尽无遗地描述或限制本发明对于所公开的准确形式。根据以上讲授，进行明显的改进或变化是可能的。为了最好地说明本发明的原理和其实际应用，选定和描述了实施方案，因此使本领域的普通技术人员能够最好地以各种实施方案利用本发明并做出适合所设想的特定应用的各种改进。其意图为通过在此所附的权利要求来限定本发明的范围。
权利要求
1.空气净化装置，其包括腔室，输入空气流流进其内，所述输入空气包含多个微粒，所述输入空气在所述腔室内被净化后成为输出空气流；至少一个喷嘴，通过所述喷嘴流体被喷射进所述腔室中，所述流体被荷电，所述流体在排出所述至少一个喷嘴时被分离成多个液滴，和所述腔室被设置以使所述输入空气流和所述荷电流体液滴在混合空间混合，其中所述多个微粒被吸引到所述荷电液滴上，从而从所述输入空气中去除所述多个微粒的一部分，所述输入空气因而成为所述输出空气流；所述空气净化装置的特征在于当所述输入空气流以大致2.54米每秒(500fpm)的空气流速流经所述腔室的所述混合空间时，尺寸大致为0.3微米的所述多个微粒在小于0.2英寸水柱的背压下被以大于70％的净化效率从所述输入空气中净化，并且基本上不会改变所述输入空气的温度和湿度。
2.如权利要求1所述的空气净化装置，其中，当所述输入空气流显示具有大于一百万粒每立方米的微粒密度时，不用清洁或改变所述空气净化装置的任何部件，在大致连续使用60天后，所述净化效率特性下降小于10％并且所述背压特性增加小于10％；或其中在它们从所述输入空气流中接受微粒后，所述流体液滴被积聚进一堆流体中，其被再循环回到所述至少一个喷嘴，并且所述流体液滴的表面被有效更新来用于荷电的每个周期，从而在所述流体变得足够脏使得其表面不能荷有足够的电荷来吸引具有期望的净化效率的所述微粒之前，允许所述流体在至少4个月的延长期限内使用；或其中所述流体显示具有小于10-4欧姆-1米-1的电导率；或其中所述流体显示具有大于0.1秒的驰豫时间。
3.空气净化装置，其包括腔室，输入空气流流进其内，所述输入空气包含多个微粒，所述输入空气在所述腔室内被净化后成为输出空气流；至少一个喷嘴，通过所述喷嘴流体被喷射进所述腔室中，所述流体被荷电，所述流体在排出所述至少一个喷嘴时被分离成多个液滴；和所述腔室被设置以使所述输入空气流和所述荷电流体液滴在混合空间混合，其中所述多个微粒被吸引到所述荷电液滴上，从而从所述输入空气中去除所述多个微粒的一部分，所述输入空气因而成为所述输出空气流；所述空气净化装置的特征在于当所述输入空气流以大致2.54米每秒(500fpm)的空气流速流经所述腔室的所述混合空间时，依照ASHRAE尘点试验的所述多个微粒在小于0.1英寸水柱的背压下被以大于85％的净化效率从所述输入空气中被净化，并且基本上不会改变所述输入空气的温度和湿度。
4.如权利要求3所述的空气净化装置，其中在它们从所述输入空气流中接受微粒后，所述流体液滴被积聚进一堆流体中，其被再循环回到所述至少一个喷嘴，并且所述流体液滴的表面被有效更新来用于荷电的每个周期，从而在所述流体变得足够脏使得其表面不能荷有足够的电荷来吸引具有期望的净化效率的所述微粒之前，允许所述流体在至少4个月的延长期限内使用；或其中所述流体显示具有小于10-4欧姆-1米-1的电导率；或其中所述流体显示具有大于0.1秒的驰豫时间。
5.空气净化装置，其包括腔室，输入空气流流进其内，所述输入空气包含多个微粒，所述输入空气在所述腔室内被净化后成为输出空气流；至少一个喷嘴，通过所述喷嘴流体被喷射进所述腔室中，所述流体被荷电，所述流体在排出所述至少一个喷嘴时被分离成多个液滴；和所述腔室被设置以使所述输入空气流和所述荷电流体液滴在混合空间混合，其中所述多个微粒被吸引到所述荷电液滴上，从而从所述输入空气中去除所述多个微粒的一部分，所述输入空气因而成为所述输出空气流；所述空气净化装置的特征在于当所述输入空气流以大致0.4572米每秒(90fpm)的空气流速流经所述腔室的所述混合空间时，尺寸大致为0.3微米的所述多个微粒在小于0.8英寸水柱的背压下被以大致99.97％的净化效率从所述输入空气中净化，并且基本上不会改变所述输入空气的温度和湿度。
6.如权利要求5所述的空气净化装置，其中，所述背压小于0.2英寸水柱；或其中，当所述输入空气流显示具有大于一百万粒每立方米的微粒密度时，不用清洁或改变所述空气净化装置的任何部件，在大致连续使用60天后，所述净化效率特性下降小于10％并且所述背压特性增加小于10％；或其中在它们从所述输入空气流中接受微粒后，所述流体液滴被积聚进一堆流体中，其被再循环回到所述至少一个喷嘴，并且所述流体液滴的表面被有效更新来用于荷电的每个周期，从而在所述流体变得足够脏使得其表面不能荷有足够的电荷来吸引具有期望的净化效率的所述微粒之前，允许所述流体在至少4个月的延长期限内使用；或其中所述流体显示具有小于10-4欧姆-1米-1的电导率；或其中所述流体显示具有大于0.1秒的驰豫时间。
7.单通路空气净化装置，其包括腔室，输入空气流流进其内，所述输入空气包含多个微粒，所述输入空气在所述腔室内被净化后成为输出空气流；至少一个喷嘴，通过所述喷嘴多个小固体物体被喷射进所述腔室中，所述固体物体被荷电；和所述腔室被设置以使所述输入空气流和所述荷电固体物体在混合空间混合，其中所述多个微粒被吸引到所述荷电固体物体上，从而从所述输入空气中去除所述多个微粒的一部分，所述输入空气因而成为所述输出空气流；所述空气净化装置的特征在于当所述输入空气流流经所述腔室的所述混合空间时，显示具有亚微米尺寸的所述微粒的很大一部分从所述输入空气中被净化，并且基本上不会改变所述输入空气的温度和湿度，并且其中所述固体物体不进行再循环。
8.如权利要求7所述的单通路空气净化装置，其中所述微粒包括生物危害性材料，并且所述非再循环的固体物体在送经混合空间后被贮存在防生物危害容器中；或其中在所述空气净化装置被首先投入运行后，以足够快的速率提供足够数量的所述固体物体从预定的空间有效地净化几乎所有感兴趣的所述微粒；或其中所述固体物体为以下两者之一(a)半导电的，和(b)绝缘的。
9.空气净化装置，其包括腔室，输入空气流流进其内，所述输入空气包含多个微粒，所述输入空气在所述腔室内被净化后成为输出空气流；至少一个喷嘴，通过所述喷嘴流体被喷射进所述腔室中，所述流体被荷电，所述流体在排出所述至少一个喷嘴被分离成多个液滴，和所述腔室被设置以使所述输入空气流和所述荷电流体液滴在混合空间混合，其中所述多个微粒被吸引到所述荷电液滴上，从而从所述输入空气中去除所述多个微粒的一部分，所述输入空气因而成为所述输出空气流；所述空气净化装置的特征在于当所述输入空气流流经所述腔室的所述混合空间时，所述多个微粒被以压力调节效率(PAE)从所述输入空气中净化，所述压力调节效率代表净化效率百分数除以所述背压，其在所述空气净化装置连续使用两个月后偏离不超过25％。
10.如权利要求9所述的空气净化装置，其中，当所述输入空气流显示具有大于一百万粒每立方米的微粒密度时，不用清洁或改变所述空气净化装置的任何部件，在大致连续使用60天后，所述净化效率特性下降小于10％并且所述背压特性增加小于10％；或其中在它们从所述输入空气流中接受微粒后，所述流体液滴被积聚进一堆流体中，其被再循环回到所述至少一个喷嘴，并且所述流体液滴的表面被有效更新来用于荷电的每个周期，从而在所述流体变得足够脏使得其表面不能荷有足够的电荷来吸引具有期望的净化效率的所述微粒之前，允许所述流体在至少4个月的延长期限内使用；或其中所述流体显示具有小于10-4欧姆-1米-1的电导率；或其中所述流体显示具有大于0.1秒的驰豫时间。
全文摘要
一种从空气中去除微粒的装置，其包括一个用于接受空气流的进气口，一个同进气口保持流体相通的第一腔室，其中具有第一极性的半导电流体液滴的荷电喷雾被引入到空气流中以便微粒被静电吸引到喷雾液滴并滞留其上，和一个与第一腔室保持流体相通的出气口，其中空气流排出该装置后基本不含微粒。该装置的第一腔室还包括一个用于吸引喷雾液滴的收集面、一个电源和一个连到电源上用于接受流体并从其产生喷雾液滴的喷雾嘴。该装置也可包括一个与在第一末端的进气口和在第二末端的第一腔室保持流体相通的第二腔室，其中，在空气流中夹带的微粒在空气流进入第一腔室之前被荷上与第一极性相反的第二极性电荷。
文档编号B03C3/16GK1575206SQ02821369
公开日2005年2月2日 申请日期2002年10月28日 优先权日2001年10月29日
发明者A·D·维利, V·贾茨坦恩, C·B·高 申请人:宝洁公司