Усовершенствованный воздухоочиститель на основе поляризуемого под действием электрического поля материала
Усовершенствования в воздухоочистителе на основе поляризуемого под действием электрического поля материала включают в себя аэродинамический передний обтекатель для уменьшения статического сопротивления воздушному потоку, заднюю двойную подвеску для уменьшения просачивания воздуха, резистивную центральную сетку, позволяющую совместно использовать источники высокого напряжения, при этом ослабив тенденцию к дугообразованию и допуская работу при более высоком напряжении, диэлектрическую опорную раму для материала, с целью получения более однородного электростатического поля и уменьшения просачивания воздуха, и в то же время ослабляя склонность к распылению в коронном разряде и/или к электродуговому разряду на краях центральной сетки, по существу плоскую электропроводную наружную сетку для создания более однородного электростатического поля во всем фильтрующем материале и высоковольтный экран для уменьшения высоковольтного дугообразования и распыления в коронном разряде в месте, где высоковольтный штырь контактирует с центральной сеткой. 10 з.п. ф-лы, 23 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к системам очистки воздуха и, в частности, к воздухоочистителям, использующим электрическое поле для поляризации материала и для поляризации частиц с целью повышения эффективности сбора частиц на материале.
Уровень техники
Принцип электростатического притяжения используется уже в течение многих лет для усиления удаления загрязнений из воздушных потоков. Существуют три основные категории электростатических воздухоочистителей: электростатические осадители, пассивные электростатические фильтры и воздухоочистители на основе поляризуемого под действием электрического поля материала.
Электростатические осадители заряжают частицы и затем улавливают их на противоположно заряженных и/или заземленных собирающих пластинах.
Пассивный электростатический фильтр (известный также под названием электрета) использует материал (или комбинацию различных материалов), который в результате некоторой последовательности технологических операций и/или за счет собственных свойств обладает статическим электрическим зарядом. Имеющие статический электрический заряд частицы, входящие в фильтр, притягиваются материалом фильтра, обладающим противоположным электрическим зарядом.
Воздухоочиститель на основе поляризуемого под действием электрического поля материала использует электростатическое поле, создаваемое разностью потенциалов между двумя электродами. В электростатическое поле между этими двумя электродами помещен диэлектрический фильтрующий материал. Диэлектрический материал представляет собой электрический изолятор или вещество с высоким сопротивлением электрическому току, способное также запасать электрическую энергию. Диэлектрический материал стремится сконцентрировать приложенное электрическое поле в себе и тем самым является эффективным носителем электростатических полей. Электростатическое поле поляризует и волокна материала, и входящие в фильтр частицы, повышая тем самым эффективность фильтрующего материала и воздухоочистителя. Под эффективностью фильтра понимают долю в процентах частиц, удаленных фильтром из воздушного потока, для данного размера частиц или для некоторого диапазона размера частиц.
В патенте Канады №1272453 описана еще одна конструкция электростатического воздушного фильтра, в котором сменный прямоугольный картридж соединен с источником высокого напряжения. Такой картридж состоит из электропроводной внутренней центральной сетки, вложенной между двумя слоями волокнистого диэлектрического материала (пластмассы или стекла). Эти два слоя диэлектрика в свою очередь вложены между двумя наружными сетками из электропроводного материала. На электропроводную внутреннюю центральную сетку подают высокое напряжение, создавая тем самым электростатическое поле между внутренней центральной сеткой и двумя электропроводными наружными сетками, имеющими противоположный потенциал или потенциал заземления. Высоковольтное электростатическое поле поляризует волокна в двух слоях диэлектрика.
Воздухоочистители могут быть установлены в разнообразных конфигурациях и ситуациях как в качестве составной части системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха - ОВКВ (HVAC), так и в качестве автономной системы перемещения/очистки воздуха. В системах HVAC небольшого размера (например, в системах бытового назначения или небольших коммерческих системах), воздухоочистительные панели часто устанавливают в плоской конфигурации (перпендикулярно потоку воздуха) или в изогнутых под углом фильтрующих линиях. В системах большего размера обычно блоки воздушных фильтров выполнены в конфигурации V-образных блоков, где множество отдельных фильтров расположено так, что образует сложенный гармошкой фильтр, перпендикулярный направлению воздушного потока.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение представляет собой усовершенствования воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала.
Аэродинамический передний обтекатель
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения конструкция V-образного блока воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала включает в себя аэродинамический передний обтекатель, соединяющий передние края соседних панельных воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, обращенных к воздушному потоку. Указанный передний обтекатель обеспечивает получение воздушного потока с уменьшенным сопротивлением формы, чтобы снизить падение статического давления в фильтре (сопротивление воздушному потоку). В дополнение к этому, полое внутреннее пространство аэродинамического переднего обтекателя обеспечивает гнездо, чтобы скрыть источник высокого напряжения внутри аэродинамического переднего обтекателя и обеспечить защиту и изоляцию электрических компонентов. Кроме того, обтекатель служит кабельным каналом для прокладки проводов как высокого, так и низкого напряжения между панелями воздухоочистителей и соседними модулями воздухоочистителя.
Воздушный уплотнитель с задней двойной подвеской
Согласно другому аспекту настоящего изобретения конструкция V-образного блока воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала включает в себя заднюю двойную подвеску, соединяющую задние края соседних воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала. Задняя двойная подвеска обеспечивает надежное уплотнение между соседними воздухоочистителями на основе поляризуемого по действием электрического поля материала, уменьшая тем самым просачивание воздуха между соседними активными воздухоочистителями на основе электрически поляризованного материала и повышая эффективность.
Улучшенный электрод для воздухоочистителя на основе поляризуемого под действием электрического поля материала
Согласно следующему аспекту настоящего изобретения высоковольтный электрод выполнен из электропроводной экструдированной полимерной сетки или другого аналогичного материала, который позволяет использовать значительно более высокие рабочие напряжения и соответственно повысить эффективность.
Резистивная центральная сетка и источник регулируемого высокого напряжения
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения больше одного воздухоочистителя на основе поляризуемого под действием электрического поля материала могут совместно использовать один источник высокого напряжения. В этом случае при коротком замыкании одного из воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала сопротивление центральной сетки будет ограничивать ток, отбираемый от источника высокого напряжения короткозамкнутой цепью, что позволит другому воздухоочистителю на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, использующему этот же источник напряжения, продолжать работать нормально.
Кроме того, источники высокого напряжения могут быть выполнены регулируемыми, чтобы можно было подобрать оптимальное напряжение, которое обеспечивает оптимальное электростатическое поле без возникновения электродугового разряда.
Диэлектрическая опорная рама для материала
Согласно другому аспекту настоящего изобретения воздухоочиститель на основе поляризуемого под действием электрического поля материала содержит диэлектрическую опорную раму для материала, имеющую на одной стороне паз или полочку для удержания центральной сетки и/или фильтрующего материала, а на другой стороне выступ для создания надежного уплотнения с электропроводной несущей рамой, удерживающей электропроводные наружные сетки. Диэлектрическая опорная рама для материала позволяет центральной сетке доходить до краев фильтрующего материала без возникновения короткого замыкания или электрической дуги с электропроводными наружными сетками или с электропроводной несущей рамой, конструкция, которая обеспечивает более однородное электростатическое поле в пределах фильтрующего материала. Ограждение, создаваемое диэлектрической опорной рамой для материала, также предотвращает распыление в коронном разряде на краях центральной электропроводной сетки. Надежное уплотнение между диэлектрической опорной рамой для материала и электропроводной несущей рамой уменьшает просачивание воздуха между электропроводной несущей рамой и краем фильтрующего материала. Диэлектрическая опорная рама для материала может быть изготовлена из жесткой или гибкой пластмассы.
Плоская электропроводная наружная сетка
Для обеспечения одинакового расстояния между электродами и соответственно более однородного электрического поля в пределах воздухоочистителя на основе поляризуемого под действием электрического поля материала электропроводная наружная сетка выполнена относительно плоской по сравнению с гибкими наружными сетками известных воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала. Плоскостность наружной сетки достигается путем использования относительно жесткого материала по сравнению с диэлектрическим фильтрующим материалом.
Усовершенствованный высоковольтный контакт
Одной из проблем в известных воздухоочистителях на основе поляризуемого под действием электрического поля материала является площадь участка, где высоковольтный штырь контактирует с центральной сеткой. Обычно в известных воздухоочистителях высоковольтное соединение осуществляется посредством штыря или зажима, контактирующего с указанной центральной сеткой (или электродом) на участке довольно небольшой площади. В некоторых случаях контакт становится плохим. Проблема в такой конструкции состоит в том, что с течением времени в точке контакта может возникать электрическая дуга, распыление и эрозия области контакта на электроде и ухудшение контактирования. Поскольку такая эрозия развивается, она может ускоряться до момента, когда контакт перестает существовать. Настоящее изобретение решает эту проблему и поддерживает целостность воздухоочистителя за счет того, что различными способами делает площадь высоковольтного контакта большой посредством диска и/или диска и фиксатора, который распределяет соединение по значительно более широкому участку поверхности электрода. Хотя в различных вариантах настоящего изобретения будет показана область высоковольтного контакта круглой формы, контакты другой формы также вполне работоспособны.
Кроме того, существует тенденция к возникновению коронного разряда с распылением и/или электрической дуги в области высоковольтного штыря. Для уменьшения распыления и дугообразования в области, где высоковольтный штырь контактирует с центральной сеткой, обеспечивают высоковольтный штырь, окруженный высоковольтным экраном.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - изометрический чертеж множества панелей воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, выполненных в конфигурации V-образных блоков, согласно настоящему изобретению.
Фиг.2 - сечение множества фильтров воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, выполненных в конфигурации V-образных блоков, согласно настоящему изобретению.
Фиг.3 - подробный чертеж участка сечения множества фильтров воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, выполненных в конфигурации V-образных блоков, согласно настоящему изобретению, иллюстрирующий установку сменного фильтрующего материала в нижнюю раму для удержания фильтра.
Фиг.4 - подробный чертеж участка сечения множества фильтров воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, выполненных в конфигурации V-образных блоков, согласно настоящему изобретению, иллюстрирующий установку сменного фильтрующего материала в верхнюю раму для удержания фильтра.
Фиг.5 - электрическая схема множества фильтров воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, содержащих резистивные центральные сетки и общие источники высокого напряжения, согласно настоящему изобретению.
Фиг.6 - сечение переднего обтекателя для использования на верхней или нижней части пакета фильтров воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, выполненных в конфигурации V-образных блоков, согласно настоящему изобретению.
Фиг.7 - сечение секции подвески согласно настоящему изобретению для использования вместе с передним обтекателем, показанным на фиг.6.
Фиг.8 - сечение переднего обтекателя для использования с множеством фильтров воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, выполненных в конфигурации V-образных блоков, согласно настоящему изобретению.
Фиг.9 - сборочный чертеж первого и второго воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала и переднего обтекателя согласно настоящему изобретению.
Фиг.10 - сечение первой части двойной подвески согласно настоящему изобретению.
Фиг.11 - сечение второй части двойной подвески согласно настоящему изобретению.
Фиг.12 - сборочный чертеж первого и второго воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала и узла двойной подвески согласно настоящему изобретению.
Фиг.13 - сборочный чертеж узла двойной подвески согласно настоящему изобретению.
Фиг.14 - изометрическое изображение электропроводной несущей рамы для использования с воздухоочистителем на основе поляризуемого под действием электрического поля материала согласно настоящему изобретению.
Фиг.15 - изометрическое изображение поддерживающего зажима или планки со шлицами для использования в сочетании с воздухоочистителем на основе поляризуемого под действием электрического поля материала согласно настоящему изобретению.
Фиг.16 - сборочный чертеж, иллюстрирующий использование диэлектрической опорной рамы для материала согласно настоящему изобретению.
Фиг.17 - сечение узла, иллюстрирующее использование поддерживающего зажима или планки со шлицами для закрепления электропроводной наружной сетки в электропроводной несущей раме для применения в сочетании с настоящим изобретением.
Фиг.18 - сечение диэлектрической опорной рамы для материала согласно настоящему изобретению.
Фиг.19 - сборочный чертеж, показывающий высоковольтный штырь и экран для высоковольтного контакта согласно настоящему изобретению.
Фиг.20 иллюстрирует использование диэлектрической опорной рамы для материала согласно настоящему изобретению.
Фиг.21 иллюстрирует жесткую электропроводную наружную сетку и электропроводную опорную раму, включающую в себя высоковольтный штырь и экран для высоковольтного контакта, согласно настоящему изобретению.
Фиг.22 - сборочный чертеж, иллюстрирующий использование диэлектрической опорной рамы для материала согласно второму варианту настоящего изобретения.
Фиг.23 - сборочный чертеж, иллюстрирующий использование диэлектрической опорной рамы для материала согласно третьему варианту настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показано множество панелей (фильтров) воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, выполненное в конфигурации 100 V-образных блоков, согласно настоящему изобретению. Индивидуальные фильтрующие панели 101 могут быть названы: «панель», «фильтр» и/или «воздухоочиститель». Множество воздухоочистителей 101 на основе поляризуемого под действием электрического поля материала скомпоновано в виде множества штабелируемых модулей 102, каждый из которых имеет ширину W, высоту Н и глубину D, которые могут изменяться в зависимости от приложения. В частности, V-образный блок 100, показанный на фиг.1, содержит восемь штабелируемых модулей 102, каждый из которых содержит восемь индивидуальных воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, т.е. всего 64 воздухоочистителя.
На фиг.16 показан типичный воздухоочиститель на основе поляризуемого под действием электрического поля материала. Первый слой 16А волокнистого диэлектрического материала расположен над центральной сеткой 110. На другой стороне от центральной сетки 110 находится второй слой 16В диэлектрического фильтрующего материала. Первый слой диэлектрического фильтрующего материала прикреплен подходящими средствами, например клеем 121А или посредством ультразвуковой сварки, к диэлектрической опорной раме 120 для материала. Над первым слоем 16А диэлектрического фильтрующего материала расположена первая электропроводная наружная сетка 12А. Под вторым слоем 16В диэлектрического фильтрующего материала расположена вторая электропроводная наружная сетка 12В. Второй слой диэлектрического фильтрующего материала прикреплен подходящими средствами, например клеем 121В или посредством ультразвуковой сварки, к диэлектрической опорной раме 120 для материала. Первая электропроводная наружная сетка 12А удерживается на месте посредством первой электропроводной несущей рамы 116А. Вторая электропроводная наружная сетка 12В удерживается на месте посредством второй электропроводной несущей рамы 116В.
Фильтрующий материал сам по себе состоит из диэлектрической опорной рамы 120 для материала, первого слоя 16А волокнистого диэлектрического материала, центральной сетки 110 и второго слоя 16В диэлектрического фильтрующего материала. Несущая рама для фильтра, удерживающая фильтрующий материал, состоит из первой электропроводной несущей рамы 116А с первой электропроводной наружной сеткой 12А и второй электропроводной несущей рамы 116В со второй электропроводной наружной сеткой 12В.
Во время работы одну клемму высоковольтного источника 108 питания соединяют с центральной сеткой 110. Другую клемму высоковольтного источника 108 питания, на которой обычно поддерживают потенциал заземления, соединяют с первой электропроводной наружной сеткой 12А и со второй электропроводной наружной сеткой 12В.
Частицы, присутствующие во входящем воздушном потоке, проходящем сквозь диэлектрический фильтрующий материал 16А и 16В в показанном на фиг.16 воздухоочистителе на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, поляризуются электрическим полем и собираются на первом и втором слоях диэлектрического фильтрующего материала 16А, 16В.
Аэродинамический передний обтекатель
На фиг.2 показано сечение одиночного модуля 102, изображенного на фиг.1. Каждый из отдельных воздухоочистителей 110А, 110В, 110C, 110D, 110Е, 110F, 110G и 110Н на основе поляризуемого под действием электрического поля материала удерживается на месте в структуре V-образного блока. На передней стороне модуля 102 множество обтекателей удерживает каждый фильтр на месте. В частности, в верхней и нижней частях модуля 102 расположены два концевых обтекателя 104А и 104В. Между двумя концевыми обтекателями находятся три промежуточных обтекателя 106А, 106В и 106С. Аэродинамическая форма обтекателей формирует воздушный поток, который обеспечивает меньшее сопротивление формы, тем самым уменьшая статическое сопротивление фильтра (для воздушного потока).
Центральный обтекатель 106С подробно изображен на фиг.8. Съемный колпачок 107 соединен с корпусом обтекателя 106С посредством соединения типа «ласточкин хвост». Съемный колпачок позволяет вставить источник питания 108С (показан не в масштабе). Это защищает электронную схему в источнике питания 108С от воздушного потока и изолирует источник от заземленных поверхностей наружных несущих рам для фильтра и корпуса системы. Кроме того, центральный обтекатель 106С служит кабельным каналом или желобом для прокладки как низковольтных, так и высоковольтных проводов между панелями или модулями. Центральный обтекатель 106С имеет первую и вторую точки крепления 107В и 107С. Концевой обтекатель 104А подробно изображен на фиг.6. Торцевой элемент 109 (показан на фиг.7) соединен с концевым обтекателем 104А посредством соединения типа «ласточкин хвост». В других вариантах настоящего изобретения «ласточкин хвост» может иметь различные формы, например L-образную или Т-образную, либо, в альтернативном варианте, может не иметь сопрягаемых ответных выступов, и в этом случае обтекатель следует приклеивать, скреплять винтами или иным способом прикреплять к несущим рамам для фильтра.
На фиг.9 показана полная сборка аэродинамического переднего обтекателя в соединении с несущими рамами для фильтра двух воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала. Первый и второй слои диэлектрического фильтрующего материала 16А, 16В и центральная сетка 110А соединены с диэлектрической опорной рамой 120А для материала. Диэлектрическая опорная рама 120А для материала удерживается на месте между верхней электропроводной рамой 116А и нижней электропроводной рамой 116В. Нижняя электропроводная рама 116В присоединена к точке крепления 107В центрального обтекателя 106С посредством соединения типа «ласточкин хвост».
Аналогично, первый и второй слои диэлектрического фильтрующего материала 17А, 17В и центральная сетка 110В соединены с диэлектрической опорной рамой 120В для материала. Диэлектрическая опорная рама 120В для материала удерживается на месте между верхней электропроводной рамой 116С и нижней электропроводной рамой 116D. Верхняя электропроводная рама 116С присоединена к точке крепления 107С центрального обтекателя 106 посредством соединения типа «ласточкин хвост».
Центральный аэродинамический обтекатель 106 предусмотрен для формирования воздушного потока, который уменьшает сопротивление формы, для двух панелей воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала. Кроме того, он уменьшает время сборки модулей.
Воздухонепроницаемое уплотнение задней двойной подвески
На задней стороне модуля 102 (фиг.2) множество двойных подвесок удерживает каждый фильтр на месте. Каждая двойная подвеска содержит три петли H1, Н2 и Н3. Как показано на фиг.3, первая петля H1 имеет первую точку крепления, соединенную с верхней рамой 112А, и вторую точку крепления, соединенную с нижней рамой 112В. Петля H1 имеет точку поворота, которая позволяет нижней раме 112В поворачиваться от верхней рамы 112А, с тем, чтобы можно было вставить сменный фильтрующий материал в воздухоочиститель 110G на основе поляризуемого под действием электрического поля материала.
Аналогично, как показано на фиг.4, вторая петля Н2 имеет первую точку крепления, соединенную с верхней рамой 114А, и вторую точку крепления, соединенную с нижней рамой 114В. Петля Н2 имеет точку поворота, которая позволяет верхней раме 114А поворачиваться от нижней рамы 114В, с тем, чтобы можно было вставить сменный фильтрующий материал в воздухоочиститель 110Н на основе поляризуемого под действием электрического поля материала.
Третья петля Н3 имеет первую точку крепления, соединенную с первой петлей H1, и вторую точку крепления, соединенную с второй петлей Н2. Третья петля имеет третью точку поворота, так что верхний воздухоочиститель (112А, 112В) на основе поляризуемого под действием электрического поля материала может поворачиваться как единое целое относительно нижнего воздухоочистителя (114А, 114В) на основе поляризуемого под действием электрического поля материала. Использование двойной подвески в задней части модуля 102 обеспечивает гибкость при установке воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала под разными углами один относительно другого. Двойная подвеска в задней части модуля 102 также обеспечивает хорошее воздухонепроницаемое уплотнение сзади фильтров независимо от различных углов установки отдельных воздухоочистителей. Надежное уплотнение, обеспечиваемое двойной подвеской сзади фильтров, уменьшает просачивание воздуха, т.е. часть воздушного потока, которая проходит через конструкцию фильтра, но не проходит через фильтрующий материал.
Двойная подвеска согласно настоящему изобретения подробнее показана на фиг.10, 11, 12 и 13. Каждая петля, выполненная посредством экструзии из пластмассы, имеет области с жесткой и гибкой пластмассой. На фиг.10 первая петля имеет первую точку крепления 140 и вторую точку крепления 144. Первая и вторая точки крепления 140, 144 поворачиваются одна относительно другой вокруг поворотной области 141. Точки крепления 140, 144 выполнены из жесткой пластмассы или другого материала по сравнению с более гибким материалом, обычно пластмассой, поворотной области 141. Поворотная область 141 обычно изготовлена из гибкой пластмассы и образует точку поворота, вокруг которой могут поворачиваться первая и вторая точки крепления 140, 144. Возможны также другие сочетания материалов, например металл и резина.
Как показано на фиг.13, две петли, из показанных на фиг.10, используются в сочетании с третьей петлей для создания двойной подвески согласно настоящему изобретению. Первая из этих петель показана как 140А, с областью 141А поворота. Вторая из этих петель показана как 140В, с областью 141В поворота. Третья петля 142А на фиг.13 (показана также на фиг.11) имеет первую точку крепления 142 и вторую точку крепления 145, которые поворачиваются одна относительно другой вокруг области 143 поворота. Первая точка крепления петли 142А связана через соединение типа «ласточкин хвост» с первой петлей 140А. Вторая точка крепления петли 142А связана через соединение типа «ласточкин хвост» со второй петлей 140В. Узел из первой петли 140А, второй петли 140В и третьей петли 142А образует двойную подвеску согласно настоящему изобретению.
На фиг.12 показаны две панели воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, соединенных с двойной подвеской. Верхняя 116А и нижняя 116В электропроводные несущие рамы первой фильтрующей панели 115А соединены с первой петлей 140А. В частности, верхняя электропроводная рама 116А первой фильтрующей панели 115А обычно выполнена посредством экструзии из алюминия (или другого подходящего материала) с профилем, образующим соединение типа «ласточкин хвост», связываемое с первой точкой крепления указанной первой петли 140А. Нижняя электропроводная рама 116В первой фильтрующей панели 115А выполнена посредством экструзии из алюминия с профилем, образующим соединение типа «ласточкин хвост», связываемое со второй точкой крепления первой петли 140А. Рамы 116А, 116В могут быть также изготовлены из неэлектропроводного материала.
Аналогично, верхняя электропроводная рама 116С второй фильтрующей панели 115В выполнена посредством экструзии из алюминия с профилем, образующим соединение типа «ласточкин хвост», связываемое с первой точкой крепления второй петли 140А. Нижняя электропроводная рама 116D второй фильтрующей панели 115В выполнена посредством экструзии из алюминия с профилем, образующим соединение типа «ласточкин хвост», связываемое со второй точкой крепления второй петли 140В.
Таким образом, верхняя электропроводная рама 116А и нижняя электропроводная рама 116В первой фильтрующей панели 115А могут поворачиваться одна относительно другой вокруг точки 141А поворота первой петли 140А. Аналогично, верхняя электропроводная рама 116С и нижняя электропроводная рама 116D второй фильтрующей панели 115В могут поворачиваться одна относительно другой вокруг точки 141В поворота второй петли 140В. Наконец, благодаря использованию двойной подвески согласно настоящему изобретению первая фильтрующая панель 115А и вторая фильтрующая панель 115В могут поворачиваться одна относительно другой вокруг точки 143 поворота третьей петли 142А.
В альтернативном варианте, элементы 116А, 116В, 116С, 116D внешних рам могут быть выполнены из трубок или L-образных профилей, сформованных, сваренных или изготовленных иным способом в виде по существу прямоугольной рамы. Наружные сетки (12А, 12В на фиг.16) могут быть скреплены винтами, приварены или прикреплены иным способом к этим элементам рам. Аналогично, узлы подвески и обтекателей могут быть вместо «ласточкиных хвостов» собраны посредством винтов, клея или иным способом прикреплены к боковым сторонам рамы. Кроме того, описанный выше «ласточкин хвост» может иметь Т-образную, L-образную или иную форму, обеспечивающую надежное соединение между элементом рамы и подвеской спереди или обтекателем сзади.
Усовершенствованная конструкция электрода
Хотя из уровня техники известны разнообразные воздухопроницаемые материалы и сетки (например, для использования в качестве центральной сетки), тем не менее экструдированная полимерная сетка еще не описана. Экструдированные полимерные сетки изготавливают из разнообразных материалов, причем среди наиболее употребительных присутствует полиэтилен низкой или высокой плотности. Экструдированную полимерную сетку обычно делают электропроводной путем добавления угля или иного материала к полимерным смолам. Получаемая электрическая проводимость может быть изменена и является управляемой в зависимости от конкретной композиции. Для изготовления материала, подходящего для создания электрода центральной сетки в воздушных фильтрах на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, применяют также антипирены. Материал экструдированной полимерной сетки продемонстрировал целый ряд преимуществ с производственной и эксплуатационной точек зрения при использовании в качестве электродов в воздухоочистителях на основе поляризуемого под действием электрического поля материала. Основные преимущества экструдированной полимерной сетки проистекают из профиля и формы элементов сетки (в частности, из отсутствия острых углов вокруг отверстий сетки).
При использовании высокого напряжения между электродами ряд факторов вносят свой вклад в склонность к образованию электрической дуги, распылению и коронному разряду и в определение точек, где могут возникать эти явления. Таким важными факторами являются профиль, прочность, плоскостность и промежутки между элементами или волокнами электродов. Острые кромки, заусенцы, изломы, распушенность волокон, острые концы и т.п. - все эти факторы способствуют распылению и возникновению коронного разряда. Вследствие самой технологии изготовления экструдированной полимерной сетки она практически свободна от таких недостатков. Получаемые в результате центральные сетки позволяют максимально увеличить рабочие напряжения и тем самым реализовать более высокие напряженности электрического поля и добиться более высокой эффективности фильтров. В частности, оказалось, что центральная сетка из экструдированной полимерной сетки может выдерживать рабочее напряжение на 20-30% выше, чем импрегнированный углем пеноматериал, и до 40% выше, чем алюминиевая сетка. Хотя превосходным материалом для такого приложения является полиэтилен низкой плотности, поскольку он сохраняет плоскостность, можно также использовать и другие материалы, не имеющие острых элементов, таких как острые кромки, заусенцы, изломы, распушенность волокон, острые концы и т.п.
Резистивная центральная сетка и источник регулируемого высокого напряжения Аэродинамический обтекатель, показанный на фиг.2, является полым, а в каждом из средних обтекателей 106А, 106В и 106С располагается соответствующий источник 108А, 108В и 108С высокого напряжения. Три источника 108А, 108В и 108С высокого напряжения совместно используются восемью воздухоочистителями 110А, 110В, 110С, HOD, 110Е, 110F, 110G и 110H на основе поляризуемого под действием электрического поля материала. См. фиг.5. Необходимо заметить, что возможны варианты с одним источником высокого напряжения для нескольких или для всех панелей в модуле или во всех модулях в системе HVAC или по одному источнику высокого напряжения на каждую панель. Целью при этом является достижение баланса между избыточными возможностями и стоимостью всей системы в целом. Поэтому в предлагаемой конфигурации две или более панелей совместно используют один источник высокого напряжения, но так, что ни одна из панелей не может оказать нежелательного воздействия на работу остальных панелей, использующих этот же источник высокого напряжения.
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения центральная сетка каждого воздухоочистителя на основе поляризуемого под действием электрического поля материала является скорее резистивной, а не электропроводной. Как показано на фиг.5, восемь воздухоочистителей 110A, 110В, 110C, 110D, 110Е, 110F, 110G и 110Н на основе поляризуемого под действием электрического поля материала представлены условными обозначениями сопротивления. В частности, источник 108А высокого напряжения соединен с центральными сетками трех воздухоочистителей 110А, 110В и 110С. Источник 108В высокого напряжения соединен с центральными сетками двух воздухоочистителей 110D и 110Е. Наконец, источник 108С высокого напряжения соединен с центральными сетками трех воздухоочистителей 110F, 110G и 110Н.
Общий источник высокого напряжения в сочетании с резистивной центральной сеткой и воздухоочистителем позволяет фильтрам продолжать работать в случае короткого замыкания центральной сетки одного из воздухоочистителей на землю. Например, в случае короткого замыкания центральной сетки фильтра 110Н на землю (как показано цепью короткого замыкания 110S) оставшееся сопротивление части центральной сетки между цепью короткого замыкания 110S и источником высокого напряжения позволит источнику высокого напряжения 108С продолжать работать. Таким образом, даже в случае короткого замыкания центральной сетки фильтра 110Н на землю другие фильтры, соединенные с этим же источником высокого напряжения (а именно 110F и 110G), смогут продолжать работать.
Если, как в известных устройствах, центральная сетка обладает высокой электрической проводимостью, короткое замыкание одной из центральных сеток приведет к исчезновению напряжения от источника высокого напряжения, что вызовет отключение всех фильтров, соединенных с этим же источником высокого напряжения. Чтобы короткое замыкание центральной сетки одного фильтра не привело к отключению других фильтров, в известных блоках фильтров предусмотрено по одному источнику высокого напряжения на каждый фильтр. Резистивный центральный электрод (сетка) может быть изготовлен из различных материалов, например из экструдированной полимерной сетки или из импрегнированного углеродом пеноматериала или сетки. Еще в одном варианте настоящего изобретения центральная сетка может обладать свойствами поглощения запахов, например, импрегнированный углеродом пеноматериал или сетка.
Более того, источники 108А, 108В и 108С высокого напряжения сделаны регулируемыми. Это значит, что можно регулировать величину выходного напряжения источника 108А, поступающего на центральные сетки воздухоочистителей 110А, 110В и 110С на основе поляризуемого под действием электрического поля материала. Аналогично, можно регулировать величину выходного напряжения источника 108В, поступающего на центральные сетки воздухоочистителей 110D и 110Е на основе поляризуемого под действием электрического поля материала. Таким же образом можно регулировать величину выходного напряжения источника 108С, поступающего на центральные сетки воздухоочистителей 110F, 110G и 110Н на основе поляризуемого под действием электрического поля материала.
Возможность регулирования высокого напряжения, поступающего на центральные сетки воздухоочистителей на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, позволяет оптимизировать напряженность электростатического поля. Вообще говоря, наиболее желательным является максимально возможное напряжение, при котором еще не возникает электрическая дуга. Однако величина этого максимально возможного напряжения зависит от ряда факторов, например от высоты над уровнем моря и влажности. Более высокое напряжение желательно, когда фильтры установлены на уровне моря. Напротив, на большей высоте над уровнем моря желательно меньшее напряжение. Оптимальная величина напряжения зависит также от влажности. В более сухом климате можно подать на фильтры более высокое напряжение без зажигания электрической дуги. В климате с более высокой влажностью желательно использовать меньшее напряжение для предотвращения дугового разряда. Регулируемость источников 108А, 108В и 108С высокого напряжения позволяет выбрать оптимальную величину напряженности электрического поля применительно к определенной высоте над уровнем моря и климатическим условиям. Кроме того, напряжение зажигания электрической дуги является функцией материалов как заряженного электрода, так и материала. Возможность регулирования источника высокого напряжения позволяет также оптимизировать напряжение в зависимости от используемых материалов.
Диэлектрическая опорная рама для материала
Сечение диэлектрической опорной рамы 120 для материала согласно настоящему изобретению показано на фиг.18. Диэлектрическая опорная рама для материала, изготавливаемая обычно посредством экструзии, включает в себя вертикальные выступы 120А и 120D. Диэлектрическая опорная рама 120 для материала содержит также горизонтальные выступы или полки 120С1 и 120С2. Эти горизонтальные выступы или полки 120С1 и 120С2 образуют паз 122. Напротив паза 122 находится выступ 124, имеющий гибкие ребра 126 на обеих сторонах.
Фиг.16 иллюстрирует использование диэлектрической опорной рамы для материала согласно настоящему изобретению в воздухоочистителе на основе поляризуемого под действием электрического поля материала. Первая функция диэлектрической опорной рамы 120 для материала заключается в создании возможности для центральной сетки 110 в воздухоочистителе доходить целиком до края фильтрующего материала. Другая функция диэлектрической опорной рамы 120 для материала состоит в предотвращении возникновения электрической дуги к верхней или нижней электропроводной несущей раме 116А, 116В и уменьшении распыления в коронном разряде на краях центральной электропроводной сетки 110. Для выполнения этих функций центральная сетка 110 удерживается на месте на одной из полок 120С1, 120С2, образующих паз 122 в диэлектрической опорной раме 120 для материала.
Альтернативный вариант диэлектрической опорной рамы 120Х для материала согласно настоящему изобретению показан на фиг.22. Вместо паза диэлектрическая опорная рама 120Х для материала имеет один горизонтальный выступ или полку 120Z. Первый слой 16А диэлектрического фильтрующего материала, центральная сетка 110 и второй слой 16В диэлектрического фильтрующего материала опираются на полку 120Z. Первый слой диэлектрического фильтрующего материала прикреплен к диэлектрической опорной раме 120 для материала подходящими средствами, например посредством клея 12IX или ультразвуковой сварки.
Еще один альтернативный вариант диэлектрической опорной рамы 120Y для материала согласно настоящему изобретению показан на фиг.23. На фиг.23 применение клея (121А и 121В на фиг.16 или 121X на фиг.22) исключено. Паз 122Y выполнен достаточно большим, так чтобы первый слой 16А диэлектрического фильтрующего материала, центральная сетка 110 и второй слой 16В диэлектрического фильтрующего материала размещались в этом пазу 122Y диэлектрической опорной рамы 120Y для материала.
В альтернативном варианте изоляционные/электропроводные свойства диэлектрической опорной рамы для материала (120 на фиг.16) и верхней и нижней электропроводных несущих рам (116А, 116В на фиг.16) могут быть противоположными. Т.е. опорная рама 120 для материала может быть электропроводной (или не полностью изоляционной), а верхняя и нижняя несущие рамы 116А, 116В могут быть изоляционными (т.е. из диэлектрического или неэлектропроводного материала) или могут быть изолированы посредством обмотки вокруг сопрягающихся поверхностей несущих рам, или изоляционного материала, нанесенного на эти рамы. В последнем случае опорная рама 120 для материала может быть исключена, а центральная сетка 110 может быть вложена между верхней 116А и нижней 116В неэлектропроводными и/или изоляционными несущими рамами.
Второй функцией диэлектрической опорной рамы для материала является создание надежного уплотнения между верхней электропроводной несущей рамой 116А и нижней электропроводной несущей рамой 116В. Для этой последней цели выступ 124 и гибкие ребра 126 диэлектрической опорной рамы для материала образуют надежное уплотнение между верхней электропроводной несущей рамой 116А и нижней электропроводной несущей рамой 116В. В альтернативном варианте выступ диэлектрической опорной рамы для материала может быть прижат к верхней электропроводной опорной раме 116А и/или к нижней электропроводной опорной раме 116В вместо того, чтобы быть зажатым между верхней и нижней электропроводными опорными рамами 116А, 116В. В общем, выступ 124 может иметь любую форму, способную создать надежное уплотнение между опорной рамой 120 для материала и опорной рамой (рамами) 116А, 116В.
Плоская электропроводная наружная сетка
Верхняя электропроводная рама 116А удерживает на месте первую электропроводную наружную сетку 12А. Вторую электропроводную наружную сетку 12В удерживает на месте нижняя электропроводная рама 116В. Для большей ясности поддерживающие зажимы (118 на фиг.15 и 17), прикрепляющие наружные сетки 12А и 12В к верхней и нижней электропроводным рамам 116А и 116В соответственно, на фиг.16 не показаны. Сечение поддерживающего зажима 118 иллюстрирует фиг.15. Детальное изображение соединения поддерживающего зажима 118 с электропроводной рамой 116 показано на фиг.17. Сначала электропроводную наружную сетку 12 вставляют в паз электропроводной несущей рамы 116. Затем поворачивают на место поддерживающий зажим 118. Поддерживающий зажим 118 удерживает электропроводную наружную сетку 12 в электропроводной несущей раме 116. Поддерживающий зажим 118 представляет собой планку со шлицами, проходящую по всей длине рамы.
Электропроводная наружная сетка 12 (на фиг.17) выполнена из достаточно жесткого материала, с тем чтобы при наложении на слой волокнистого диэлектрического материала (16А или 16В на фиг.16) она оставалась практически плоской. Электропроводная наружная сетка 12 пропускает сквозь себя поток воздуха. Наружная электропроводная сетка 12 может быть изготовлена из перфорированного сплошного листового материала или из пористого листового материала, например просечно-вытяжного металлического листа. Просечно-вытяжной лист представляет собой листовой материал, в котором просекли щели и затем его растянули, так чтобы эти щели остались раскрытыми и образовали проходы для воздушного потока.
Электропроводная наружная сетка 12А, 12В, будучи относительно жесткой по сравнению со слоем волокнистого диэлектрического материала 16А, 16В, сжимает диэлектрический материал, препятствуя выгибанию или «подушкообразному» вспучиванию. Таким образом, когда электропроводные несущие рамы 116А и 116В замкнуты вокруг слоев диэлектрического фильтрующего материала 16А и 16В, электропроводные наружные сетки оказываются практически плоскими и параллельными одна другой.
Практически плоские электропроводные наружные сетки 12А, 12В создают более однородное электрическое поле во всем воздухоочистителе на основе поляризуемого под действием электрического поля материала. В известных устройствах наружная сетка выгибается в форме подушки, так что максимальная величина высокого напряжения ограничена минимальным расстоянием (обычно у краев). В известных устройствах большая часть площади сетки в средней части воздухоочистителя на основе поляризуемого под действием электрического поля материала находится намного дальше от центральной сетки (по сравнению с областью рядом с краями), что уменьшает напряженность электростатического поля, а это в свою очередь снижает эффективность воздухоочистителя. По сравнению с известными устройствами электростатическое поле в воздухоочистителе согласно настоящему изобретению будет более однородным во всем фильтрующем материале, так что в воздухоочистителе можно использовать более высокое напряжение и соответственно поддерживать более сильное электростатическое поле.
Усовершенствованный высоковольтный контакт с центральной сеткой
Как показано на фиг.16, первая клемма источника 108 высокого напряжения соединена с центральной сеткой 110. В известных устройствах высоковольтный штырь должен проходить сквозь электропроводную наружную сетку, прокалывая слой волокнистого диэлектрического материала 16А или проскальзывая между двумя слоями 16А и 16В, для образования контакта с центральной сеткой 110 путем прижима к сетке. Такие контакты часто оказываются ненадежными. Если не удастся установить контакт высоковольтного штыря с центральной сеткой, в слоях диэлектрического фильтрующего материала 16А и 16В не будет электростатического поля, что значительно снижает эффективность фильтра. Более того, острый конец высоковольтного штыря часто порождает распыляющий коронный разряд и/или электрическую дугу к электропроводным наружным сеткам. Далее, поскольку материал центральной сетки обычно разрежен и воздухопроницаем и поскольку площадь контакта относительно мала, электродуговой разряд может вызвать эрозию центральной сетки и потерю контакта.
Согласно настоящему изобретению к центральной сетке в области, где с сеткой должен контактировать высоковольтный штырь, прикрепляют электропроводный диск. См. фиг.19. Увеличение площади области контакта с центральной сеткой позволяет применить более упругий материал и еще больше увеличить площадь контакта с заряженным электродом (центральной сеткой).
При использовании относительно неплотного фильтрующего материала можно применить прокалывание или проникновение высоковольтного штыря, а диск(и) может находиться на любой стороне центральной сетки. Однако в случае более плотного фильтрующего материала предпочтительно прижать один электропроводный диск к более плотному фильтрующему материалу, а другой электропроводный диск прижать к центральной сетке. Два электропроводных диска должны быть механически и электрически соединены один с другим.
На фиг.19 показан высоковольтный контакт, защищенный высоковольтным экраном для создания надежного контакта с центральной сеткой, согласно настоящему изобретению. Через отверстие в центральной сетке 13 пропущена заклепка 136. Электропроводный диск 133 (например, из титана) прикрепляет заклепку 136 к центральной сетке для получения хорошего соединения между заклепкой 136 и заряженным электродом или центральной сеткой 13. В альтернативном варианте под головкой заклепки может быть помещен второй металлический диск.
В следующем варианте настоящего изобретения высоковольтный штырь 130 проходит сквозь электропроводную наружную сетку 12А и оканчивается высоковольтным контактом 134. Высоковольтный контакт 134 окружен высоковольтным экраном 132А из изоляционного диэлектрического материала. Аналогично высоковольтный экран 132В из изоляционного диэлектрического материала окружает нижний конец заклепки 136 и металлический диск 133. В альтернативном варианте высоковольтный штырь может быть проведен внутри электропроводных наружных сеток 116А, 116В.
На фиг.20 показан вид сверху фильтрующего материала, изображенного на фиг.19. Диэлектрическая опорная рама 120 для материала окружает слой диэлектрического фильтрующего материала 16А. Заклепка или крепежный элемент 136 проходит сквозь слой диэлектрического фильтрующего материала 16А.
На фиг.21 показан вид сверху рамы, удерживающей фильтрующий материал на фиг.19. Четыре части 116 электропроводной наружной несущей рамы для фильтра и четыре пластмассовых торцевых колпачка 128 образуют раму для удержания электропроводной наружной сетки 12. Высоковольтный контакт 134 расположен внутри изоляционного высоковольтного экрана 132А.
Во время работы, когда электропроводные наружные несущие рамы 116А и 116В для фильтра (фиг.19) охватывают фильтрующий материал (120, 16А, 13 и 16В), высоковольтный контакт 134 контактирует с головкой заклепки 136. Кроме того, высоковольтные экраны 132А и 132В слегка сжимают слои диэлектрического фильтрующего материала 16А и 16В. Высоковольтный контакт 134 обеспечивает надежное соединение с головкой заклепки 136. Изоляционные высоковольтные экраны 132А, 132В уменьшают распыление в коронном разряде от острия высоковольтного контакта 134. Более того, изоляционные высоковольтные экраны 132А, 132В уменьшают вероятность возникновения электродугового разряда от высоковольтного контакта 134 к электропроводным наружным сеткам 12А и 12В.
Высоковольтный контакт 134 обычно выполняют из жесткого титана или другого упругого материала. При образовании контакта с головкой заклепки 136 центральная сетка 13 может слегка прогнуться. В альтернативном варианте высоковольтный контакт 134 может представлять собой пружинный контакт для уменьшения прогиба центральной сетки 13. В альтернативных вариантах контактная область 136 на центральной сетке 13 содержит электропроводный диск на верхней стороне центральной сетки 13, пару электропроводных дисков, один на верхней стороне и другой на нижней стороне центральной сетки, с крепежным элементом, проходящим сквозь центральную сетку и удерживающим рассматриваемые два диска вместе. Ключевым моментом здесь является то, что жесткость высоковольтного штыря 134 или жесткость электропроводных наружных сеток или и то и другое в совокупности создает надежный механический контакт между концом высоковольтного штыря 134 и комбинацией 136 диск/заклепка. Результатом является прочный контакт, который не в состоянии нарушить ни вибрация, ни перемещение материала, ни перемещение центральной сетки (электрода).
1. Фильтрующий материал, содержащий:
первый слой диэлектрического фильтрующего материала;
второй слой диэлектрического фильтрующего материала, имеющий, по существу, такие же форму и площадь, как указанный первый слой волокнистого диэлектрического материала;
центральную сетку, расположенную между указанными первым и вторым слоями диэлектрического материала, при этом центральная сетка имеет, по существу, такие же форму и площадь, как указанные первый и второй слои диэлектрического материала; и
диэлектрическую опорную раму для материала, имеющую внутреннюю сторону и наружную сторону, при этом указанная внутренняя сторона охватывает указанные первый и второй слои диэлектрического материала, причем указанная рама, удерживающая фильтр, содержит на внутренней стороне полку для удержания указанной центральной сетки между первым и вторым слоями диэлектрического материала.
2. Фильтрующий материал по п.1, в котором диэлектрическая опорная рама для материала содержит выступ на наружной стороне.
3. Фильтрующий материал по п.2, в котором диэлектрическая опорная рама для материала содержит гибкие ребра, отходящие от указанного выступа.
4. Фильтрующий материал по п.2 для использования в воздухоочистителе на основе поляризуемого под действием электрического поля материала, при этом указанный воздухоочиститель содержит:
первую электропроводную наружную сетку;
первую электропроводную несущую раму для удержания указанной первой электропроводной наружной сетки;
вторую электропроводную наружную сетку;
вторую электропроводную несущую раму для удержания указанной второй электропроводной наружной сетки;
при этом первая и вторая несущие рамы расположены, по существу, параллельно одна другой по обе стороны от указанной диэлектрической опорной рамы для материала, так что указанный выступ на наружной стороне диэлектрической опорной рамы для материала, по существу, находится в контакте с указанными первой и второй электропроводными несущими рамами и удерживается между ними.
5. Фильтрующий материал по п.4, характеризующийся тем, что вторая электропроводная наружная сетка содержит высоковольтный штырь, проходящий сквозь указанную электропроводную наружную сетку; и к указанной первой электропроводной наружной сетке прикреплен изоляционный экран, причем указанный изоляционный экран окружает указанный высоковольтный штырь.
6. Фильтрующий материал по п.5, характеризующийся тем, что указанный высоковольтный штырь содержит пружинный контакт.
7. Фильтрующий материал по п.5, характеризующийся тем, что дополнительно содержит контакт, прикрепленный к указанной центральной сетке, причем указанный контакт расположен так, чтобы он находился в контакте с указанным высоковольтным штырем.
8. Фильтрующий материал по п.7, характеризующийся тем, что указанный контакт содержит крепежный элемент, содержащий головку и тело, причем указанное тело проходит сквозь центральную сетку, а головка крепежного элемента контактирует с указанным высоковольтным штырем.
9. Фильтрующий материал по п.8, характеризующийся тем, что дополнительно содержит металлический диск, расположенный на теле указанного крепежного элемента, при этом указанный металлический диск находится в контакте с центральной сеткой.
10. Фильтрующий материал по п.5, характеризующийся тем, что дополнительно содержит второй изоляционный экран, прикрепленный к указанной второй электропроводной наружной сетке, причем указанный второй изоляционный экран расположен напротив указанного первого изоляционного экрана.
11. Фильтрующий материал по п.1, характеризующийся тем, что центральная сетка содержит резистивный материал.
