专利名称：净化空气的装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及用于净化空气的装置和方法，更具体地讲，涉及通过将微粒吸引到引入空气流的流体的荷电喷雾液滴上来去除规定尺寸微粒的装置和方法。
背景技术：
室内空气中包括很多小微粒，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。这可用尘螨粪便来举例说明，尘螨粪便包括各种丝氨酸和半胱氨酸蛋白酶，它们造成呼吸困难并且是造成很多敏感症状的原因。
虽然已经采用了过滤系统来减少存在于选定场所的小微粒数量，很多最常见的刺激材料仍然作为在约0.1微米至约10微米尺寸范围内的微粒存在。众所周知，能够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，因此容易发生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。
其它类型的空气净化装置，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取得有限的成功。
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，小微粒会在居室中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。
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、非侵入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。
发明概述根据本发明的第一方面，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；一个与进气口保持流体相通的第一腔室，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从其中穿过的空气流中，以便微粒被静电吸引到喷雾液滴并被其保持；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、一个电源和一个连接到电源上的喷雾嘴，该喷雾嘴用于接受流体、从其中产生喷雾液滴以及给该喷雾液滴荷电。
根据本发明的第二方面，该装置也可包括一个与位于第一末端的进气口和位于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载上与空气流进入第一腔室之前的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，和至少一个连接到电源上用于在第二腔室内产生电场的电荷传送元件，和一个与第二腔室相连接用于确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通过。
根据本发明的第三方面，该装置还可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之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，其中盒体包括一个与位于第一末端的第一腔室收集面和位于第二末端的容器保持流体相通的入口，和一个与位于第一末端的容器和位于第二末端的泵保持流体相通的出口。
根据本发明的第四方面，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，且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用于接受流体的喷雾嘴，其在通路的第一区域内产生喷雾液滴，并给喷雾液滴荷电。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，其中在空气流中夹带的微粒被载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的电场的接地元件。
根据本发明的第五方面，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荷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。该方法优选地包括给在空气流中的微粒提供与第一极性相反的第二极性电荷的步骤。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；再循环流体聚集体以用于喷雾；和监测再循环液体形成喷雾之前的质量。
根据本发明的第六方面，公开了一个供空气净化装置使用的盒体，其包括一个具有入口和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，在该盒体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的喷雾的流体，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，其涉及可被形成的喷雾液滴尺寸和喷雾的覆盖范围及效率。这样的流体物理特性包括流动速率、密度、电阻性、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。该流体优选地是半导电的、非水的、惰性的、非挥发性的和无毒的。
通过阅读下列详细描述和所附的权利要求书，本发明的这些和其它目的、特点和优点对于本领域的普通技术人员将会变得显而易见。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。
附图概述
图1是本发明的空气净化系统的第一实施方案的示意性视图，其中空气流进入系统的方向正交于其中流体喷雾的方向；图2是本发明的空气净化系统的第二实施方案的示意性视图，其中空气流进入系统的方向与流体喷雾的方向基本相同；图3是本发明的空气净化系统的第三实施方案的示意性视图，其中空气流进入系统的方向与流体喷雾的方向基本相反；图4是在限定通路内如图1所示的空气净化系统的示意性视图；图5是如图4所示的一次性盒体的横截面视图；图6A是如图1、4和5所示的空气净化系统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所示的收集器件的侧视图；图7A是在如图1、4和5所示的空气净化系统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所示的收集器件的侧视图；图8A是在如图2和3所示的空气净化系统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所示的收集器件的侧视图；图9A是在如图2和3所示的空气净化系统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所示的收集器件的侧视图；图10是一个对于喷雾嘴的示例性多喷嘴设计的侧视图，其可被用在如图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所示的多喷嘴设计的示例性管模式的示意性视图；图12是用于空气净化系统的第一腔室中的第一喷雾嘴设计的侧视图，该空气净化系统包括一个与荷电管保持流体相通的空气辅助通路；图13是用于空气净化系统的第一腔室中的第二喷雾嘴设计的侧视图，该空气净化系统包括一个围绕荷电管的空气辅助通路；图14是用于空气净化系统的第一腔室中的第三喷雾嘴设计的侧视图，该空气净化系统包括一个围绕荷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，其中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进气口成一夹角的出气口；图18是如图17所示的空气净化系统的示意性侧视图，其显示其中的流体喷雾的模式；和图19如图1至4所示的空气净化系统的方框图，在其中指示了空气流、流体和电荷。
发明详述虽然已举例说明和描述了本发明的具体实施方案和/或个体特征，但是对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，显而易见可以进行各种其它变化和改进。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，并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的第一器件和用于给喷雾液滴28荷电的第二器件。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，配置了一个连接到电源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不是接地就是载上与喷雾液滴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之前被载上与喷雾液滴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，优选通过至少一个连接到电源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可以在很多方向上定向，但优选其被设置在第二腔室40内使得其基本平行于空气流18。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可以任意种方式配置，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没有阻碍地移动通过第二腔室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之间通过。也可连接到第二腔室40上的一个收集面，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，但它们应当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优选地采用分别如图5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多喷嘴配置的一种结构。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可提供任意数目的流态。
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，这可通过放掉以高速进入相对慢的运动空气或气体流的流体30的电荷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喷雾器、旋转喷雾器和超声喷雾器。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喷雾器。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从其中流过到达出口孔53的主导管51，以及一个连接到主导管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，但将会看到，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，由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内部腔室59保持流体相通并位于出口孔53旁边的分离通路63排出出口孔53(图14)。采用空气辅助的示例性喷雾嘴特指SeawiseIndustrial Ltd.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方向基本相反的方向上(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。
接着，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以去除任何未被第一腔室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的功效和从空气流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，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被连接到用于监测排出装置10的空气质量的传感器60上和连接到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所示构造的孔口所示例的那样。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。这允许用于喷雾嘴28的半导电流体30在需要的时候可容易地被换掉。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之前从其中流过。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，以便当认为流体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(见图5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，将开关102和盒体78结合在一起以便当盒体未被放置好时，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，优选地被设计为满足功效设计参数EDP在规定范围内。现有的经验已经发现，功效设计参数在约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。此功效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＝静电喷射的微粒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之间的相对速度(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。
功效设计参数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)功效设计参数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)].
为了更好地理解功效设计参数EDP的计算方法，确定了一个示例性计算，希望用密度为500粒每立方厘米的载有静电的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40中被电晕荷电并具有6×10-17库仑的电荷。载有静电的喷雾液滴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＝1μm cL＝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在可接受的范围内，但将会看到，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，功效设计参数EDP经计算等于9×10-5，可认为是在最佳范围内。
对于用于本发明中的半导电流体30，该流体优选地是非水的，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功效设计参数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CL
CL＝[{(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)合并以上公式，已经发现，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1.036kg/L，粘度为40mPas，表面特征长度为38.3mN/m，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，其仍在值的最优范围内)。
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100mPas；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、芳族酯、脂族酯、含氟表面活性剂以及它们的混合物。
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的低聚物以及其混合物。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被载上所需要极性的电荷。此空气流18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，以使微粒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的功效。
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中可以看到，半导电流体30被提供给喷雾嘴34以便形成喷雾液滴28并被提供进第一腔室24中成为喷雾26。其后，喷雾液滴28被吸引到收集面38上，在此处其优选地被收集起来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被收集到容器70中和通过泵机72被提供给喷雾嘴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之前用器件76监测过该流体30的质量为优选的。
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。
权利要求
1.用于从空气中去除微粒的装置，其特征在于，其包括(a)至少一个用于接受空气流的进气口；(b)第一腔室，其与所述进气口保持流体相通，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从其中流过的所述空气流，以使所述微粒被静电吸引到所述喷雾液滴并保留在其上；和(c)出气口，其与所述第一腔室保持流体相通，其中所述空气流排出所述装置时基本上不含所述微粒。
2.如权利要求1所述的装置，所述第一腔室还包括用于吸引所述喷雾液滴的收集面，其中所述收集面优选地载有与所述第一极性相反的第二极性电荷，并且其中所述收集面优选地接地。
3.如权利要求1或2所述的装置，所述第一腔室还包括(a)电源；和(b)喷雾嘴，其连接到所述电源上，用于接受流体、从流体中产生所述喷雾液滴、和给所述喷雾液滴荷电。
4.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其还包括第二腔室，所述第二腔室与在第一末端的所述进气口和在第二末端的所述第一腔室保持流体相通，其中在所述空气流中夹带的微粒在所述空气流进入所述第一腔室之前被载上与所述第一极性相反的第二极性电荷。
5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述微粒的规定尺寸为约0.1至10微米。
6.如权利要求1至5中任一项所述的装置，其还包括邻近所述进气口放置用于收集所述空气流中尺寸大于所述规定尺寸的微粒的过滤器。
7.从空气中去除微粒的方法，其特征在于，其包括以下步骤(a)引入其中夹带微粒的空气流到限定区域中，其中在所述空气流中的所述微粒优选在约0.1至10微米的规定尺寸范围内。(b)提供具有第一极性的半导电流体液滴的荷电喷雾给所述限定区域，其中所述微粒被静电吸引到所述喷雾液滴并被其保留；和(c)吸引所述喷雾液滴到收集面上。
8.如权利要求7所述的方法，其还包括从所述流体形成所述喷雾液滴的步骤和使喷雾液滴荷电的步骤。
9.如权利要求7或8所述的方法，其还包括提供与所述第一极性相反的第二极性电荷给在所述空气流中的微粒的步骤。
10.如权利要求8至10中任一项所述的方法，其还包括从所述空气流过滤出尺寸大于所述规定尺寸范围的微粒的步骤。
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使微粒被静电吸引到喷雾液滴并保留在其上，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、一个电源和一个连接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载上与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、至少一个连接到电源上用于在第二腔室中产生电场的电荷传送元件和一个与第二腔室相连的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通过。
文档编号B03C3/16GK1575205SQ02821271
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, M·L·弗霍夫, J·H·桑德斯, J·A·杰弗森, R·S·扬奎斯特 申请人:宝洁公司