专利名称：空气净化装置和方法
技术领域：
本发明涉及空气净化系统和相关的方法，更准确地说是一种通过所空气中的污染物置于复合电场中来增强过滤的空气净化系统。
所研究的该类型空气净化系统包括一个产生高压(HV)直流和/或高频(HF)交流的固定输出电源发生器。该电源发生器产生的高压和高频输出供给独立的电极。在大型装置中，诸电极安装在一个处在混合箱和冷却蛇管之间的空气处理风道中。运行时，该高压和高频输出在该电极组件处产生一个复合电场。在初级和次级空气循环期间，通过由该系统调节空间的所有空气都经过这个复合电场。亚微米的颗粒往往会相互碰撞和粘附近并较迅速地增加它们的质量。然后它们更易于由通过回路返回的系统气流携裹以在过滤器中便被捕获或从建筑物中排出。因此该系统增强了过滤并提高了清除空气中颗粒和气体能力，从而减少了调节空间中的污染物。
结果，这种类型的空气净化系统通过减少对大量外部空气的需求，而节省能源投资，通过降低加热和冷却设备的要求而节省初始投资，在调节空间的日常净化过程中及该空气处理设备的清理和保养过程中节省费用。这种类型的空气净化系统还控制某些污染物，诸如令人讨厌的灰尘、烟雾和气味，因此它把新鲜、清洁的空气还给我们生活、工作和呼吸的室内环境中，从而增加了人的效率。
这些系统在调节空间中有效地运转而没有噪声。这些系统在看不见的地方，因而使任何人都难以立即发觉系统净化工作的中断。为了处理这一问题，本电源发生器装有一个指示器，如发光二极管，以使指示该发生器本身是否接通和通电工作。
但是在这种类型的空气净化系统中，污染物置于作为净化过程部分的一个复合电场中，许多环境条件、系统参数和污染物种类影响该系统的效率和效力。因而，尽管能发觉该固定输出电源发生器的失效，但不易快速检测该系统其它元件的有效工作和相应的环境条件。因此，可能使得该空气净化系统效率低；而这一点仅能通过空气的逐渐再污染而发现。在此期间，该空间恢复到空气净化系统应用前所处的状态。此外，由于这种类型的空气净化系统在把污染物降低到最佳水平之前，需要很长的一段时间，特别是大型设备中，该系统部分的任何故障或工作条件的改变可能会产生不纯的空气质量状态，要完全清除该状态得用几小时或几天，即使在注意到并排除这种故障后也是如此。
还已经确定，电场特性的某些结合比从空气中清除某种类型污染物的其他工作干得更好。因此，对于具体的应用，最好能够预选电场特性并且相互之间独立以使空气净化率最大。一旦做了选择，那么最好是保持这种特性。
每一种最佳电场特性都应该保持，即使电极网组件本身受到污染或者电极网组件被置于会影响电极和相关电场电特性的条件下。
本发明的目的之一在于提供一种自动调节的空气净在系统和方法，该方法把空气污染物置于一种复合电场中，其特性如相互独立预选的直流电压和交流电压与频率，以便提供影响各种类型污染物的最佳条件。
本发明的另一目的在于提供一种具有自动调节电特性能力的空气净化系统，其特征在于能相互独立地施加到网上的直流电压和交流电压与频率。
本发明的目的还在于提供一种维护比较便宜的自动调节空气净化系统。
本发明的其他目的和优点将部分地在以下的描述中陈述，部分地从描述中或是显而易见的或者可以通过本发明的实施学到。
根据本发明的目的，正如这里体现和概括描述的那样，本发明的空气净化系统包括一个连接到交流输入电压上时产生预定电压输出的电源；响应该电源的输出以便产生千伏和千赫范围内的预定电压和频率的可变高直流电压和高频电路装置；一个电气连接到高压和高频电路装置上并布置在流动空气的通道内以便把要净化的空气置于一个预定定电压和频率的电场中的导电阀组件，该阀组件构成该高压和高频电路装置的电负载；及用来相互独立地改变该直流电压和交流电压与频率的装置。
另一方面，如这里体现和概括描述的那样，本发明的方法包括使要净化的空气流经一个导电网组件；增加输入电压的幅值以便把千伏范围内的高压和千赫范围内的高频施加到该网组件上使流经该网的空气置于一个复合电场中；相互独立地调节直流电压和交流电压与频率的量值；检测该网组件的电压量值和频率；及根据检测到的电压至少控制施加电压的一个电场特性。
组成和构成该说明书部分的
了本发明的两个实施例，并且与描述一起用来解释本发明的原理。
图1表示与净化区域有关的一种空气净化系统各个零件布置的一种，以及空气中污染物的示意表示；图2是能够相互独立地维持预选电特性的自动调系统简略方框图；图3A是用于该系统的直流电源的方框图；图3B是一种可调节高压模块范例的方框图；图3C是可调节高频模块的方框图；图4是该系统的模似装置的方框图；图5是该系统的数字/微处理装置的方框图，及图6是电感传装置的图示。
现在将详细参照本发明的最佳实施例，其中一个实施例在附图中表示。
参照图1，本发明空气净化系统最好包括一种使被调节或净化的空气流动的装置。如这里具体化的那样，包括一个供气扇12的风道10使空气进入通常称为14的空间内。包括16之类污染物的流动空气沿着一个通道流动并通过通道20循环，在通道20处一部分空气通过出口22排出而另一部分空气进入风道10的混合部分24，与通过进口26的外部空气混合。在流动空气的通道中有一个网组件29。尽管与具有一个风道的调节空间联系起来说明和描述空气净化，应该理解的是被调节的净化空气可以单次通过调节空间或直接排入大气，象排气管或空气清洗系统那样。
本发明包括一个网组件，它布置在要处理的空气通道内并电气连接到一个系统上的网组件，由直流和交流输入产生一个复合电场。如这里具体化的那样，网组件29包括一种高压电极30和一种高频电极32。这两种电极30和32可以包括活动格栅或选定的啮合面积以便控制处理程度。应该理解这些电极也可以呈导线网状，导电杆状、编织状或其他几何形状的其他类型的导体。
如图所示，本发明的系统也可以包括一个安装在电极30和32的上游风道10内的空气过滤器34，以及安装在电极30和32的下游风道内的冷却或加热蛇管33。空气过滤器也可以安装在该系统中电极30和32的下游而在排入空间14之前。
参照图1，当空气通过电极30和32处产生的复合电场时，较小的颗粒在电极32和蛇管33之间如所示的那样开始迅速聚结或凝结。当这些小颗粒通过被调节的空间到通道20处的回风道时，变得越来越大，例如象聚集块42和44表示的那样。在一种情况下，已经表明，当从调节区域除去了所含的94%的颗粒质量时，大颗粒质量增加367%。然后这些大颗粒聚集块(如42和44)或者通过开口22排出或者与通过进口26进入混合箱24中的脏的、未处理的外部空气混合并易于被滤材或高效过滤器34收集。对于大多数应用场合，这样的过滤器可以具有大约为55%的效率值。在某些特别的应用中，如数据处理中心、Casino′s和医药设施，过滤器34可能要求的效率在80%左右或更高。滤后的空气仍含有许许多多细小的颗粒，然后它们通过电极30和32，又开始净化循环，大大地减少调节空间空气中的灰尘、烟雾、气体和气味。
参照图2，本发明的空气净化系统(标记为40)具有一个直流电源50、一个交流电输入52及一个输出54，该输出连到一个具有输出58的可变高压(HV)直流电路56上和一个具有输出62的可变高频(HF)交流电路60上。网组件29包括如前所述的高压(HV)电极30和高频(HFF)电极32，它分别连接到电路56和60的输出58和62上。高压(HV)传感器64具有一个连接到高压(HV)电极30上的输入66；而交流高频(HF)电压和频率传感器68和68具有连接到高频(HF)电极32上的输入70和70′。高压传感器64的输出72连接到高压控制电路74上；而交流高频电压和频率传感器68和68′的输出76和76′连接到控制电路78和78′上。高压控制电路74具有一个连接到可变高压直流电路56输入上的输出80；而高频控制电路78和78′具有连接到可变高频电路60的两个输入上的两个输出82和82′。高压(HV)参数选择电路88具有一个连接到控制电路74上的输出90。高频(HF)参数选择电路84和84′具有连接到控制电路78和78′上的输出86和86′。
尽管图2表示一种包括具有相互独立参数选择的即可进行高频电路自动调节和高压电路的自动调节的系统，对于某些应用，能够便利地使用带有高压电路自动调节而不带有高频电路自动调节或与此相反。
一旦获得设定点，对一种具体污染物或几种污染物确定复合电场的最佳特性，最好能保持这一状态，然而象温度、湿度及污染物的浓度或类型之类的环境因素可能改变，导致该复合电场的效力减小。本发明的目的是补偿这些环境因素并因此保持最佳效率。
本发明的系统包括一个具有输出的电源，该电源接到一个交流输入上时用来产生具有预定幅值的直流电压。如这里具体化的那样并参照图3A，电源50具有一个输入变压器51以便设定适当的交流电压值。电源50还包括整流器53和稳压器55以便产生用于高压、高频和控制电路的适当直流值。
根据本发明，一个可变高压电路与用于产生千伏范围内的可变直流高压的电源电气耦合。如这里具体化和图3B中所示的那样，高压电路56具有一个振荡器57、一个变压器59和一个倍压器与整流器61。作为一个主信号源的振荡器产生一个由该变压器变换成适当交流值的电压。该倍压器使用变压器的输出，使该值变化适当的倍数，并把交流变成直流电压。这一电压在直流千伏的范围内并施加到高压电极30上。
根据本发明，一个可变高频电路与用于产生千赫范围内高频输出的电源电气耦合。如此处具体化的那样并参照图3C，高频电路60具有一个振荡器67和一个能够在射频频率范围内工作的变压器63。作为一个主信号源的振荡器产生一个电压。这个电压与把该电压升高到适当交流值的变压器耦合。这一电压在几百伏特有效值(RMS)的范围内而频率在千赫的范围内。这一电压施加到高频电极32上。
因此，可变高频电路60和可变高压电路56具有类似的元件和功能。应该注意到该变压器的次级线圈和由该网组件29显现的电容性负载形成一个调谐电路，该电路的阻抗取决于频率。如果把电路60的工作频率调节得接近于共振频率，在对应变压器63的初级线圈中的电流较低。然而，当该工作频率离开共振频率时，该电流迅速增大。因此，电路66的输出电压取决于对应振荡器67的工作频率。当对应电路60正好在共振频率处工作时，62上的输出电压达到峰值，并且当该振荡器频率远离共振频率时该电压将减小。提供一个电流限制调节器(无图示)以便在偏离设计条件时把电流限制在一个可接收的最大值上。这种偏离可能在起动期间或不适当调节频率时发生。
如前所述，导电网组件29由线58电气连接到高压电路56上，由线62电气连接到高频电路60上，且布置在流动空气的通道中以便把要净化的空气置于施加了预定高压和高频的复合电场中。网组件29构成高压电路56和高频电路60上的一个电容性负载。
根据本发明，一个实施例具有一个耦合到网组件上的高压传感器以便输出一个电压，该电压具有幅值对应于由高压电路施加在该网组件上电压的电压，还具有高频电压和频率传感器以便输出一个电压，该电压幅值对应于网组件高频电极有效(RMS)电压和频率(的幅值电压)。如这里具体化的那样，电压传感器64连接到高压(HV)网30上，高频电压和频率传感器68和68′分别连接到高频网32上。
本发明的系统包括一个把可变直流高压电路连接到高压电压传感器上的电压控制电路。用这种方法，能够保持该网处理复合电场的预定值不变。如这里具体化的那样并参照图4，描述根据本发明的一个模拟系统。高压控制电路在线80上产生一个输出电压以便控制高压电路56中振荡57的频率。
传感器64的输出是一个与高压电极30上的电压值或正比的电压值。高压控制电路74把这个在线72上的电压与在线90上的参为电压值比较。高压控制电路74在线80上的输出是个偏差信号，它表示了网30上的实际电极电压与期望的电极电压之间的差值。高压控制电路74在线80上的输出是给图3B中所示的高压直流电路56的一个输入。输入到高压电路56的偏差电压量值将调节振荡器57的输出电压值，该输出出电压值将确定施加到高压电极30上的电压值的。这样，高压电极电压将保持在期望值上。
本发明的系统还包括把可变交流高频电路60连接到高频传感器68和68′上的高频控制电路78和78′，以便根据传感器68和68′的输出电压频率和幅值分别改变施加到网组件29的电极32上的电压频率和幅值，以保持复合电场的预定频率和幅值不变。
高频电压和频率传感器68和68′与网组件耦合以便输出一个电压，该电压幅值对应于高频电路60施加在网组件上的频率和幅值。如图4中所示，高频幅值传感器68的输出是一个与高频电极32上的电压幅值成正比的电压值。由高频幅值控制电路78将在线76上的这一电压值(设定点)比较。高频幅值控制电路78在线82上的输出是一个偏差信号，它表示实际电极电压幅值与期望的电极电压幅值之间的差值。
高频频率传感器68′的输出是一个与高频电极32上的电压频率成正比的电压值。由高频频率控制电路78′将线76′上的这个电压值与参考电压值(设定点)相比较。高频频率控制电路78′在线82′上的输出是一个偏差信号，它表示实际电极电压频率与期望电极电压频率之间的差值。
再参照图2和4，高频幅值参数选择电路84具有一个用于连接对应于参考或设定点电压的输出电压的输出86以便与来自电极32的高频电压传感器68的对应检测电压相比较。高频频率参数选择电路84′具有一个用于连接对应于参考或设定点电压的输出电压的输出86′以便与电极32的高频频率传感器68′的对应检测电压相比较。参数选择电路84和86上提供一个设定点以便为电极32的交流电压设置期望的幅值设定点而电路84′在86′上提供一个设定点以便设置电极32的交流电压所期望的频率。高压参数选择电路88有一个用于连接对应于参考或设定点电压的输出电压的输出90以便与高压传感器64的对应检测电压相比较。参数选择电路88、84和84′的设定点是可以独立调节的。电路88、84和84′能够提供手动可调节设定点。
可以使用几种装置来选择高频和高压设定点。例如，可以使用微处理机。另一种概念应当包括在气流中使用检测某些污染物存在的检测装置，然后调节电源使该装置的效率对这些具体污染物的有一种都最大。例如，还能够随着通道内的气流速率调节电压值。
参考图5，本发明系统的一个数字装置包括电气耦合到高压电极30上的一个高压传感器及电气耦合到高频电极32上的一个幅值传感器68和一个频率传感器68′。一个高压模块56和一个高频模块60分别连接到电极30和32上以便以类似于前述实施例的方式向这两个电极提供可变直流电压和可变交流电压。该系统还包括连接到传感器64输出的模/数变换器100和连接到传感器68和68′输出的模/数变换器102。数/模变换器104具有一个连接到高压模块56输入上的输出。微处理机108具有一个连接到模/数变换器100上的输入和一个连接到数/模变换器104上的输出。微处理机110具有一个连接到模/数变换器102上的输入和一个连接到数/模变换器016上的输出。
参考图5，高压和高频电极安装在气流中以便产生一个复合电场。该复合电场由传感器64、68和68′探测。模/数变换器100和102分别产生一个数字信号。模/数变换器100的数字信号正比于高电极36上的电压直流值，而模/数变换器102上的数字信号正比于高频电极32上的信号的交流频率和幅值。每个数字信号施加到微处理机108和110的各自输入端。对应的微处理机使用储存在也与各自的微处理机接口的存储装置114和116(随机存取存储器和只读存储器)中的指令处理这两个数字输入信号。每个微处理机把信息输出给各自的显示电路117和118、接口电路(RS-232等)120和122以及两个分开的数/模变换器104和106。数/模变换器104连接到高压模块56上，该模块是一个能产生千伏范围内直流电压的高压发生器。这个数/模变换器104的输出将控制该高压直流发生器产生的电压量值，发生器的输出连接高压电极30上。数/模变换器106的输出将控制由高压交流发生器产生的交流电压的频率和幅值，该高压交流发生器连接到高频电极32上。
图6表示用于检测与电极30和32有关的复合电磁场幅值和频率的另外一种装置。在这个实施例中，布置在由网组件29的电极30和32产生的复合电场中的电感传感器130代替传感器64、68和68′。该电感传感器将检测由该电场产生的电力线。这些电力线与网组件29产生的电场强度和频率成正比。这些电力线将在电感该传感器线圈中感应出电压，该电感传感器线圈可以连接到任何熟知的放大器和信号处理器上以便探测该电场的有效值(RMS)、频率和峰值电强度。然后这些信号输出到用于一个模似系统的一个比较器或用于数字系统的模/数变换器。尽管联系图4表示和描述了三个独立的传感器，但人们应当懂得可以使用信号电感传感器线圈分别探测用于高压电路的直流电压效应及用于高频电路的交流幅值和频率效应。
显而易见，对于熟悉本专业的技术人员来说，在本发明的空气净化系统中能够进行各种改进和变更而不脱离附属权利要求书的精神和范围。因此，申请人认为本发明覆盖各种改进和变更，只要这些改进和变更在附属权利要求书和其等价物的范围内。
权利要求
1.一种空气净化系统，包括一个具有当连接到交流输入电压上时产生具有预定幅值电压的输出的电源；一个与电源电气耦合以便产生千伏范围内高压直流输出的高压电路；一个与电源电气耦合以便产生频率在千赫范围内而幅值在几百伏有效值(RMS)范围内的高频输出的高频电路；一个电气连接到该高压电路和高频电路上并布置在流动空气的通道内以便把要净化的空气置于具有预定高压和高频的一个复合电场中的导电组件，该组件构成高压和高频电路上的负载；一个与该组件耦合以便输出具有对应于由高频电路施加在该导电组件上电压的幅值信号的第一传感器电路；一个与该组件耦合以便输出具有对应由该高频电路施加在该导电组件上频率的幅值信号的第二传感器电路；一个与该组件耦合以便输出具有对应该高压电路施加在该导电组件上电压幅值的信号的第三传感器电路；一个把高频电路连接到第一传感器电路的第一控制电路，以便根据第一传感器电路的输出电压改变对该导电组件的高频输出幅值而保持该复合电场的预定高频幅值分量不变；一个把高频电路连接到第二传感器电路上的第二控制电路，以便根据第二传感器电路的输出电压改变对该导电组件的高频输出频率而保持该复合电场的预定频率不变；一个把该高压电路连接到第三传感器电路上的第三控制电路，以便根据第三传感器电路的输出电压改变对该导电组件的高压输出而保持预定的复合电场电压不变；以及连接到第一、第二和第三控制电路上的选择装置，以便相互独立地选择由该高压电路施加在该导电组件上的预定电压值和由该高频电路施加在该导电组件上的预定频率与幅值。
2.根据权利要求1的空气净化系统，其中高频电路包括一个具有一个初级线圈和一个次级线圈的变压器，该次级线圈连接到该网组件上；及一个用来控制初级线圈中电流流动以便确定对该导电组件的输出电压频率的振荡电路。
3.根据权利要求1的空气净化系统，其中高压电路包括一个连接到该控制电路的输出上以便控制该高压电路的输出电压值的电压控制振荡器。
4.根据权利要求2的空气净化系统，其中该系统包括一个连接到第一和第二控制电路输出上以便控制高频输出电压数值和频率的电压控制振荡器。
5.根据权利要求3的空气净化系统，其中该系统包括一个连接到第三控制电路上以便控制该高压电路的输出电压值的电压控制振荡器。
6.根据权利要求1的空气净化系统，其中该电源包括一个连接到交流输入电压上时产生直流电压的整流器。
7.一种空气净化系统，包括一个具有连接到交流输入电压上时产生具有预定值电压的输出端的电源；一个与该电源电气耦合以便产生千伏范围内的高压输出的高压电路；一个电气连接到该高压电路上并布置在流动空气的通道内以便把要净化的空气置于具有预定幅值的电场中的导电组件，该组件构成该高压电路上的负载；一个与该组件耦合以便输出具有对应于该高压电路上导电组件负载幅值的电压的电压传感器电路；及一个把该高压电路连接到该传感器电路上的控制电路，以便根据该传感器电路的输出幅值改变对该组件的高压输出而保持该复合电场的预定值。
8.根据权利要求7的空气净化系统，其中高压电路包括一个具有输出连接到该组件上的倍压电路；一个具有一个初线线圈和一个次级线圈而次级线圈连接到该倍压器输入上的变压器；及一个对应于该倍压器的输出电压的量级用于控制该变压器初级线圈中电流流动的振荡器电路。
9.根据权利要求8的空气净化系统，其中该振荡器电路包括一个连接到该控制电路的输出上以便控制该高压电路的输出电压值的电压控制器振荡器。
10.根据权利要求7的空气净化系统，其中该电源包括一个接到交流输入电压上时产生直流电压的整流器。
11.一种空气净化系统包括一个具有输出以便接到交流输入电压上时产生具有预定幅值电压的电源；一个电气耦合到该电源上以便产生千赫范围内的高频输出和几百伏的效值(RMS)范围内的幅值的高频电路；一个电气连接到该高频电路上并布置在流动空气的通道内把要净化的空气置于具有预定频率和幅值的电场中的导电组件；一个与该导电组件耦合的第一传感器电路，以便对应于由该高频电路施加在该导电组件上的电压输出一个电压幅值；一个与该导电组件耦合的第二传感器电路，以便对应于由该高频电路施加在该导电组件上的频率输出一个电压幅值；一个把该高频电路连接到第一传感器电路上的第一控制电路，以便根据该第一传感器电路的输出电压值改变对该导电组件的高频输出的幅值以保持该复合电场的预定幅值不变；一个把该高频电路连接到第二传感器电路上的第二传感器电路上的第二控制电路，以便根据该第二传感器电路的输出电压值改变对该导电组件的高频输出的频率以保持该复合电场的预定频率不变；一个连接到第一和第二控制电路上的选择装置，以便选择由该高频电路施加在该导电组件上的预定频率和幅值。
12.根据权利要求11的空气净化系统，其中该高频电路包括一个具有一个初级线圈和一个边级线圈的变压器，该次级线圈连接到该导电组件上；及一个用来控制该初级线圈中电流流动的振荡器电路，以便确定对该导电组件的输出电压频率。
13.根据权利要求12的空气净化系统，其中一个电压控制振荡器连接到第一和第二控制电路的输出上来控制该高频电路的输出电压值和频率。
14.根据权利要求1的空气净化系统，其中该电源包括接到一个交流输入电压上的产生直流电压的整流器。
15.一种净化空气的方法，包括流动空气通过一个导电组件，以便把要净化的空气置于具有预定量值和频率的一个复合电场中；把千赫范围内的高频交流电压施加到该导电组件上；把该网上的电压分成预定部分；对应于被划分的电压产生控制电压；及根据该控制电压改变施加到该导电组件上的电压以便保持该电场的预定频率不变。
16.一种净化空气的方法，包括流动空气通过一个导电组件，以便把空气置于具有预定量值的一个复合电场中；对该导电组件施加千伏范围内的高压；把该导电组件的电压划分成预定部分；根据划分后的电压产生控制电压值；及根据该控制电压值改变对该导电组件的施加电压以便保持该电场的预定量值不变。
全文摘要
一种空气净化系统，该系统把空气置于分别由千伏范围内的直流电压和千赫范围内的交流频率产生的复合电场中，该直流电压和交流频率施加到风道中的网组件上。直流幅值和交流频率自动调节到选择后的参数，并能够相互独立地选择参数。
文档编号B01D49/00GK1108580SQ9410294
公开日1995年9月20日 申请日期1994年3月18日 优先权日1994年3月18日
发明者阿诺·C·克罗杰, 克德·J·罗尼基, 汤姆斯·M·史麦利 申请人:Crs工业股份有限公司