用于空气净化装置的静电过滤器单元和空气净化装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于空气净化装置、特别是通风口的静电过滤器单元，以及一种具有至少一个静电过滤器单元的空气净化装置。


背景技术：

2.例如，空气净化装置可以是用于过滤环境空气的空气净化器、在汽车行业中用于过滤被吸入乘客车厢中或用于厨房的通风口中的空气的装置，其代表例如抽油烟机。使用这些空气净化装置，已知可以从被污染的空气或烹饪期间产生的蒸汽和蒸气中过滤出液体和固体杂质和气味。为此，大多使用机械过滤器。例如，网眼金属板过滤器、多孔板过滤器、挡板过滤器（其也可称为涡流过滤器）、边缘通风过滤器和多孔泡沫介质被用作机械过滤器。所有这些引用的过滤介质根据机械分离机制来进行过滤，诸如扩散效应、屏障效应和决定性的惯性效应。
3.这些过滤器单元的一个缺点在于必须达到特别高的流速，以便确保即使是对于较小的粒子也有足够的过滤效率。
4.此外，例如从de 2146288 a中已知一种抽油烟机，其中使用了静电过滤器单元。利用这个抽油烟机，静电过滤器单元由板形分离电极和反电极以及金属丝形电离电极组成。板形分离电极和反电极通过导电网彼此连接，并且被布置成使得进入过滤元件的空气最初流入分离电极中，并且然后到达向上偏移的反电极，其中金属丝形电离元件布置在分离电极之间。分离电极通过分离壁紧固到抽油烟机的外壳。此外，连接到过滤器单元的电极的高压装置设置在抽油烟机的外壳中。
5.这种过滤单元的一个缺点在于需要大的安装空间。


技术实现要素：

6.因此，本发明的基本目的是创造一种解决方案，借助于该解决方案，利用简单的设计，可靠地确保足够的过滤效率。
7.根据第一方面，该目的因此通过一种用于空气净化装置的静电过滤器单元来实现，该静电过滤器单元包括电离单元和分离单元，该分离单元具有至少一个承载电压的收集电极和一个接地的收集电极。过滤器单元的特征在于，所述至少两个收集电极是透气的。
8.静电过滤器单元在下文中也被称为过滤器单元或静电过滤器。过滤器单元具有电离单元和分离单元。电离单元也可以称为电离区域，并且分离单元可以称为分离区域。分离单元沿流动方向布置在电离单元的下游。电离单元优选具有至少一个电离电极和至少一个反电极。电离电极被施加有电压，优选高电压。当被污染的空气流过电离单元时，固体和液体粒子借助于电离电极借助于电晕放电而静电地带电，电离电极也可以称为放电电极。可以代表金属丝电离电极的电离电极布置电离单元中、优选地在两个板形反电极之间。这是必要的，因为在它们的原始状态下，粒子通常没有电荷或具有的电荷不足以进行有效的静电分离。电离单元的目标是每个粒子的粒子电荷达到最大饱和电荷。
9.分离单元包括至少两个收集电极，其中至少一个是承载电压的收集电极，并且至少一个是接地的收集电极。所述至少两个收集电极优选彼此平行布置。所述至少一个承载电压的收集电极处于高电压下。接地的收集电极连接到地或保护接地（pe）。因此，收集电极彼此建立电场。电场强度的高度或范围在这里显著地取决于电势，换句话说，取决于千伏电压的量、承载电压的收集电极和接地的收集电极之间的相对于彼此的距离以及收集电极的几何形状。
10.带有离开电离单元的带电粒子的空气流入分离单元中。由于在收集电极之间建立的电场，粒子被分离到收集电极上，并且因此从空气中过滤掉。
11.过滤器单元的特征在于，承载电压的电极是透气的。这实现了一系列优点。一方面，如现有技术中那样，空气流不仅可以沿着收集电极流动，而且替代地还可以流过收集电极。由于收集电极的透气性，因此它们可以用作机械过滤器。由于分离单元沿流动方向布置在电离单元的下游，所以包含在空气中的粒子以带电状态进入分离单元。因此，粒子在收集电极上的分离既受到机械过滤效应的影响，并且还受到电荷的影响，换句话说，受到静电过滤效应的影响。
12.常规的机械过滤器具有这样的性质，即由于粒径> 1
ꢀµ
m的主导惯性效应，过滤效率随着流速的增加而增加。相比之下，对于纯静电过滤器，过滤效率随着流速的降低而增加，因为粒子在电离和分离区域中的停留时间随之增加。通过结合本发明，有效地使用了机械以及还有静电过滤机构的优点。
13.此外，对于常规的静电过滤器，过滤效率显著取决于于电离和分离电压的量。如果它导致电子高压部件（电压故障）失效，或者其由于短路而失效，则不再提供过滤器电力。相反，本发明还保留了机械过滤机制或过滤效应。因此，不会出现整个滤波器功率的完全故障。
14.最后，由于收集电极的透气性，粒子可以至少部分保留在收集电极的气孔或其他空气排放开口中。
15.根据一个实施例，流入收集电极中的空气的流动方向相对于收集电极的表面成0≤α≤90
°
范围内的角度α，例如45
°
或90
°
。因此，收集电极也可以沿着不同于竖直方向的方向流动。空气流动方向和收集电极表面之间的角度可以在0
°
和90
°
之间的范围内，例如45
°
。
16.如果电离单元的反电极被配置成平板，并且这些电极平行于通过电离单元的空气的空气流动方向，那么收集电极因此可以横向地倾斜，并且例如相对于电离单元的一个或多个反电极成直角或成0
°
至90
°
的角度。
17.借助于透气收集电极的这种对准，进入分离单元的空气流可以被完全引导通过收集电极。因此，过滤效率进一步提高。此外，过滤器单元所需的安装空间可以借助于收集电极的这种对准而最小化。与其中收集电极平行于空气流并且优选平行于电离单元的一个或多个反电极的过滤器单元相反，本发明过滤器单元的这个实施例的高度或长度较小，因为在这个方向上，收集电极是横向的。
18.收集电极优选地布置在相对于彼此的最小距离处。根据一个实施例，相邻的收集电极相对于彼此的距离d大于零。该距离可以位于0至20毫米、优选从0至6毫米、0至4毫米或0至2毫米的范围内。根据一个实施例，收集电极彼此抵靠。相对而言，对于在分离单元中具有板或管分离器的常规静电过滤器，静电过滤器总体上且尤其是对于分离区域需要相当大
的更多的空间。利用本发明的过滤器单元，收集电极是透气的。收集电极优选代表透气板或层。因此，通过提供一个搁置在另一个顶部上的数个收集电极，收集电极堆叠的整个高度是最小化的。此外，由于收集电极之间相对于彼此的距离小，因此在各个透气收集电极之间被过滤/分离的粒子可以由于毛细作用而被保持在收集电极之间。除了存储之外，本发明的分离区域因此可以将这些粒子存储在收集电极本身中。
19.根据本发明，分离单元中收集电极的顺序可以自由选择。因此，例如，可以在分离单元的面向电离单元的一侧上布置承载电压的收集电极并且然后分别交替地布置接地的和承载电压的收集电极，并通过空气进入分离单元。替代地，接地的收集电极然而也可以作为第一收集电极布置在面对电离单元的一侧上，并且然后可以交替地布置承载电压的和接地的收集电极。
20.然而，根据另一个实施例，还有可能的是，至少两个相邻的收集电极是承载电压的收集电极，或者至少两个相邻的收集电极是接地的收集电极。例如，两个或更多个接地的收集电极因此可以布置在两个承载电压的收集电极之间。
21.根据优选实施例，收集电极中的至少一个具有电绝缘涂层。电绝缘涂层优选由电介质组成。绝缘涂层可以借助于粉末涂覆、浸涂或其他涂覆方法施加到收集电极。在这点上，相应的涂层电极优选是完全电绝缘的，其中绝缘涂层在相应需要的电接触点处保持开放，以便向收集电极施加电压。通过这种方式，可以避免各个交替的、通电的收集电极之间的电短路和与之相关联的电压降。
22.根据本发明，分离单元的所有收集电极可以设置有绝缘涂层。然而，只有承载电压的收集电极优选是电绝缘的。粒子在电离单元中带电。如果带正电的粒子撞击接地的收集电极，则它应当能够再次输出其电荷，因为否则随着时间的推移，结果层之间的电场会减弱。利用所引用的实施例，通过具有绝缘涂层的承载电压的收集电极，承载电压的收集电极和接地的收集电极之间的电短路也可以在最小的距离的情况下或者当收集电极彼此抵靠时被防止。
23.根据一个实施例，收集电极由透气材料组成。对于该实施例，收集电极也被称为多孔收集电极。收集电极也可以由相同的透气材料组成。然而，同样在本发明的范围内，各种收集电极由不同的材料组成。一方面，将透气材料用于收集电极的优点在于便于静电过滤器的制造，因为通过材料本身就给出了所需的透气性。另一方面，对于透气材料，材料中的开口具有小尺寸，作为其结果，由于机械分离效应，可以确保粒子的有效分离。
24.根据另一实施例，收集电极由具有至少一个空气排放开口的不透气材料组成。也有可能仅几个收集电极（例如仅承载电压或仅接地的收集电极）由这种材料组成，并且相应的其他收集电极由透气材料组成。此外，还有可能的是，例如，仅第一个（换句话说，面向电离单元的收集电极）由具有空气排放开口的不透气材料组成。例如，不透气材料可以是金属片材。空气排放开口可以是孔，例如，这些孔被冲压到金属片材中并以不同的方式被引入。特别地，具有空气排放开口的不透气材料可以是网眼金属板。
25.因此，所述至少一个收集电极的材料可以是例如金属丝网，特别是焊接网。替代地，所述至少一个收集电极的材料也可以是网眼金属板、金属丝网纱、纤维材料、非织造织物、穿孔片材、烧结塑料或泡沫。
26.由具有至少一个空气排放开口的不透气材料组成的收集电极的材料可以选择为
在空气排放开口上具有至少一个边缘、尖端或拐角。电场强度的增加发生在收集电极材料的尖锐边缘、尖端或拐角处。在这些区域中，换句话说，在边缘、尖端或拐角处，电场因此非常不均匀，这导致均匀电场强度倍增。结果，相对而言，带电粒子暴露于更高的场强，并且更有效地分离到相应的收集电极上。
27.然而，优选选择收集电极的材料，使得其不具有尖锐的边缘、尖端或拐角。例如，金属丝网可以用作用于收集电极的材料。明显的是，利用这种具有圆状横截面、例如圆形横截面的材料，同样可以实现粒子到收集电极上的有效分离。
28.各个收集电极相对于彼此的布置优选地使得在相应收集电极中可用的空气排放开口或气孔相对于下一个收集电极的空气排放开口或气孔偏移。以这种方式，可以使用机械和静电过滤机构两者。
29.根据一个实施例，至少两个收集电极相对于彼此布置，使得它们的结构围绕收集电极的平面中的轴线旋转。收集电极中空气排放开口的布置被称为收集电极的结构。例如，对于网眼金属板，空气排放开口具有细长的形式。利用收集电极的这种材料，收集电极因此被对准，使得在该收集电极中的空气排放开口的纵向延伸相对于在另一个优选相邻的收集电极中的纵向延伸的方向旋转。这里的各个收集电极可以围绕旋转轴线旋转，该旋转轴线与收集电极的平面成直角，在收集电极的平面内旋转大约大于0
°
直到小于360
°
的角度。例如，收集电极相对于彼此旋转大约45
°
。
30.根据另一方面，本发明涉及一种空气净化装置，其具有至少一个本发明的静电过滤器单元。
31.关于静电过滤器单元所描述的优点和特征在其可能够应用的程度上相应地适用于空气净化装置，并且反之亦然。
32.空气净化装置可以是用于过滤环境空气的空气净化器、在汽车行业中用于过滤吸入乘客车厢中或厨房的通风口的空气的装置。空气净化装置可以具有数个根据本发明的创造性静电过滤器单元。所述至少一个静电过滤器单元优选地布置在空气净化装置的进气侧上。另外或替代地，在空气净化装置的空气出口侧上提供至少一个静电过滤器单元也在本发明的范围内。
33.根据一个实施例，空气净化装置代表抽油烟机，并且所述至少一个静电过滤器单元布置在抽油烟机的进气口上。特别地，对于抽油烟机，例如被由油脂组成的粒子污染的空气被吸入。静电过滤器单元在进气口上的布置可以防止这些粒子到达抽油烟机的内部并可能污染那里的风扇。
附图说明
34.下面再次参考所附附图更详细地描述本发明，其中：图1：示出了本发明的静电过滤器单元的实施例的示意性透视图；图2：示出了本发明的静电过滤器单元的另一实施例的示意性透视图；图3：示出了本发明的静电过滤器单元的另一实施例的示意性透视图；图4：示出了根据图1的实施例的示意性透视详图；图5：示出了静电过滤器单元的另一实施例的收集电极的示意性详图；图6：示出了本发明的静电过滤器单元的实施例的示意性剖视图；
图7：示出了本发明的静电过滤器单元的另一实施例的示意性剖视图；图8：示出了本发明的静电过滤器单元的另一实施例的示意性剖视图；以及图9：示出了两个收集电极的入射流的示意图。
具体实施方式
35.图1以透视图示出了本发明的静电过滤器单元1的实施例。过滤器单元1优选地具有外壳，然而该外壳在图中未示出。
36.过滤器单元1由电离单元2和分离单元3组成。分离单元3沿流动方向s布置在电离单元2的下游。电离单元2具有电离电极20和反电极21。在所示的实施例中，电离单元2具有三个电离电极20和四个反电极21。然而，相应电极20、21的数量不限于所示的数量。然而，也可以提供更多或更少的电极20、21。
37.电离电极20被示为金属丝。例如，电离电极20也可以代表齿廓（tooth profile）。在这种情况下，电离电极20也可以称为放电电极。反电极21代表板。反电极21彼此平行布置。特别地，反电极21被对准，使得它们位于或平行于空气朝向过滤器单元1流动的流动方向s。电离电极20分别布置在两个反电极21之间。
38.分离单元3由收集电极30、31组成。收集电极30代表被施加有正或负高电压的收集电极，并且因此在下文中也被称为承载电压的收集电极。收集电极31代表收集电极，其在电质量上位于保护接地（pe）处或之上，并且因此在下文中也被称为接地的收集电极。收集电极30、31分别是透气的。收集电极30、31代表平面电极，在所示的实施例中，它们彼此平行对准并彼此抵靠。此外，收集电极30、31与电离单元2的反电极21的对准成直角，并且因此与空气的流动方向s成直角。
39.图1中提供了四个收集电极30、31。这些交替存在于分离单元3中。在图1中，第一个（换句话说，面对电离单元2的收集电极30）是承载电压的收集电极30。
40.图2示出了静电过滤器单元1的另一个实施例。这与根据图1的实施例的不同之处仅在于分离单元中收集电极30、31的数量和布置。静电过滤器单元1的进一步设计对应于根据图1的实施例的设计。图2中提供了五个收集电极30、31。收集电极30、31交替布置在分离单元3中。在该实施例中，第一个收集电极31是接地的收集电极31。
41.在图3中，示出了静电过滤器单元1的另一实施例。这与根据图1的实施例的不同之处仅在于分离单元中收集电极30、31的数量和布置。静电过滤器单元1的进一步设计对应于根据图1的实施例的设计。图3中提供了五个收集电极30、31。在该实施例中，第一个收集电极31是承载电压的收集电极30。两个接地的收集电极31、另一个承载电压的电极30和最后一个接地的收集电极31跟随该第一个收集电极31。对于该实施例，两个接地的收集电极31布置在两个承载电压的收集电极30之间。
42.图4示出了分离单元3的设计的示意性详图。为此，单独的收集电极30、31分别仅部分地示出，以便允许观察相应的其他收集电极30、31。在所示的实施例中，收集电极30、31具有网状结构。在根据图1和4的实施例中，由网带形成的空气排放开口在相同的方向上对准。然而，收集电极30、31被布置成使得通过所述一层的开口的空气相对于下一层偏移。
43.在根据图5的实施例中，收集电极30、31还在平面内相对于彼此旋转，使得空气排放开口相对于彼此旋转45
°
的角度。
44.在图6、7和8中示意性地指示了在电离单元2和分离单元3中形成的电场。
45.图6示出了由网状材料制成的收集电极，如图4和5所示。在图7中，收集电极30、31由穿孔片材组成，并且在图8中由网眼金属板制成。
46.图9示出了两个收集电极31、30的入射流的示意图。这里，空气流到上部收集电极31上，使得部分空气流的矢量（其规定了空气流动方向l）相对于相应收集电极31、30的表面成角度α。通过电极布置的部分空气流可以与收集电极31的表面成直角流过。然而，如图9所示，空气流动方向l也可能以小于90
°
的角度α撞击收集电极31。角度α可以在0
°
到90
°
的范围内。此外，以小于90
°
的角度α撞击收集电极31的部分空气流的一个矢量下的角度β可以是在0
°
和360
°
之间的任何角度。角度α和β以及因此空气流动方向l取决于过滤器单元在空气净化装置中的安装位置。
47.特别地，在根据图8的实施例中，由于网眼金属板的尖锐边缘，发生电场强度的增加。在这些区域中，电场非常不均匀，这导致均匀电场强度倍增。结果，相对而言，带电粒子暴露于更高的场强，并且更有效地分离到相应的收集电极30、31上。
48.到收集电极之间的粒子上的静电力效应f根据以下等式确定：f[n]=e [v/m] x q [c]这里e代表电场强度，并且q代表粒子的电荷。
[0049]
机械分离效应和静电分离效应的组合用于本发明。为此，使用透气的收集电极。
[0050]
现在特别针对所使用的效应再次描述本发明。本发明的静电过滤器单元也可称为过滤器模块或过滤器盒，其可以用于例如通风口、空气净化器中或在汽车行业中以便过滤吸入乘客车厢中的空气流。为了使得能够静电分离位于空气中的粒子，这些粒子必须首先静电地带电（电离）。对于空气粒子的电离以及还有它们分离，需要几千伏的电高压。这里既可以使用正高压并且还可以使用负高压。高压发射器，其也可以称为高压发生器或高压主电源，被用于生成这种必要的电高压。该高压发射器向电离单元（其也可称为电离区域）和分离区域（也可称为分离单元）供应电高压或电能。这里，高压发射器优选地实施到过滤器模块中。静电过滤器模块优选地布置在空气净化装置的进气区域中，以便例如不会用烹饪蒸汽/气溶胶/污垢污染布置在其后的部件。然而，过滤器单元也可以任选地布置在空气净化装置中的空气吹出区域中，或者沿着空气净化装置的入口区域和出口区域之间的气流引导件布置。
[0051]
利用根据惯性效应的分离，由于其质量惯性，粒子不能跟随气体（空气）围绕各个过滤纤维、网眼金属板层、多孔介质等的流动路线，并因此与之碰撞。基于惯性效应，粒子撞击过滤介质的各个过滤纤维的概率（其最终对应于过滤器的整体分离效率）尤其随着粒子速度的增加、粒子直径的增加、过滤器填料密度和过滤器厚度在流动方向上的增加以及过滤介质的过滤纤维直径的减小而增加。如果由于其电荷、粒子相对于过滤介质具有电势，则粒子因此借助于静电引力从过滤介质或最小可能的过滤纤维中被拉出。通过相对于已经可用的机械过滤机制（扩散效应、阻塞效应、质量惯性效应）附加地叠加静电过滤效应/过滤机制，利用本发明可以达到更高的过滤分离效率，特别是对于较小的粒子直径和低气流速度。
[0052]
本发明的过滤器单元代表了根据已经提到的过滤器机制的机械过滤器和静电过滤器机制的组合。过滤器单元由电离区域和分离区域组成。在电离区域中，位于空气中的粒子（固定的和固体的）借助于电晕放电而带电。这例如借助于布置在两个反电极之间的金属
丝电离电极来实施。这是必要的，因为在它们的原始状态下，粒子通常不具有电荷或具有的电荷不足以进行有效的静电分离。电离单元的目标是每个单独的粒子的电荷达到最大饱和电荷。然后，粒子流过分离区域，分离区域由一个布置在另一个顶部上的单独的透气收集电极组成，并在此被分离/过滤。这些单独的透气介质（承载电压的或接地的收集电极）交替地处于电高压下，并且因此彼此之间产生电场。这里，根据电势（千伏电压的量）、承载电压的和接地的收集电极彼此之间的距离、以及收集电极的各个介质的几何形状的电强度的范围/量是决定性的。
[0053]
本发明使用的收集电极基本上可以是任何透气的材料/介质。这里考虑的示例是金属丝网、纤维材料和非织造材料、穿孔片材、网眼金属板、烧结塑料和泡沫。如果使用多孔塑料介质，则这些介质必须是导电的，或者根据它们的特定性质是电衍生的，使得在各个层之间形成电场。收集电极优选地一个搁置在另一个顶部上（为了有效地利用机械和静电过滤机制并节省安装空间），但是也可以在流动方向上彼此相距任意距离布置。
[0054]
就顺序而言，沿流动方向布置的第一个收集电极可以代表承载电压的收集电极抑或接地的收集电极。收集电极（其也可称为过滤层）的数量大于2，并且取决于所需的过滤效率。电场线总是垂直地离开或进入表面。如果带电粒子流过分离区域，则根据其极性，借助于机械和静电分离机制将其分离到承载电压或接地的收集电极上。带正电荷的粒子被分离到接地的收集电极上，并且带负电荷的粒子被分离到承载电压的收集电极上。承载电压的收集电极和接地的收集电极之间的电压差的量通常在< = 1千伏（千伏）处。接地的收集电极通过接触点相互连接，并且通常位于地/地面上。承载电压的收集电极一个位于另一个顶部上，优选地同样处于相同的电势，并且通过接触点彼此电连接，并且与供应高电压的高电压发生器电连接。
[0055]
电离单元和分离单元优选布置在外壳中。然而，外壳并不是绝对必要的。电离单元和分离单元可以容纳在共享的外壳中。任选地，电离单元和分离单元可以在彼此空间上分离的外壳中或者在没有外壳的情况下彼此在空间上分离。
[0056]
此外，为了实现高过滤效率，可以任选地一个接一个地使用≥1的数个收集电极或过滤层作为单极极化收集电极。两个承载电压的收集电极之间的接地的收集电极的数量可以> =1。相反，这也适用，换句话说，两个接地的收集电极之间的承载电压的收集电极的数量可以> =1。
[0057]
本发明具有一系列优点。
[0058]
特别地，本发明实现了复杂性的降低。相对而言，相对于带有板和管分离器的静电过滤器，分离单元的简单设计带来了成本优势，带有板和管分离器的静电过滤器通常需要更高的材料和制造费用。
[0059]
对于带有板或管分离的常规静电过滤器，固体和液体粒子被分离到板或管壁上。由于这些板/管的光滑表面性质，油沿重力拉动方向流动。对于这些系统，由于这些分离板或分离管不能将油储存在它们的表面上，因此需要提供油收集容器或收集通道。相反，对于本发明，不需要额外的油收集容器或收集通道。由于毛细作用，在各个透气收集电极之间过滤/分离的粒子保持悬浮在它们之间。本发明的分离区域能够存储该粒子。
[0060]
附图标记列表1
ꢀꢀ
过滤单元
2
ꢀꢀ
电离单元20
ꢀꢀ
电离电极21
ꢀꢀ
反电极3
ꢀꢀ
分离单元30
ꢀꢀ
承载电压的收集电极31
ꢀꢀ
接地的收集电极32
ꢀꢀ
空气排放开口l
ꢀꢀ
空气流动方向