高效空气电子过滤器技术领域
本发明涉及一种过滤装置，具体地说涉及一种建筑物通风空调系统用
高效空气电子过滤器。
背景技术
现代人一天的生活约80％的时间是在室内度过的。室内环境的空气质
量直接影响人的身体健康和工作效率。现代化的建筑物配备有中央通风空
调系统，然而，目前绝大部分通风空调系统缺少有效的过滤器，致使通风
空调系统严重污染，而这些脏污的系统正是细菌、霉菌、病毒的良好滋生
地。随着经济的发展和物质生活水平的提高，人们对建筑物内的室内空气
品质，以及维持室内空气品质的能耗提出了越来越高的要求。最近，鉴于
我国及世界“非典”流行期间，国家建设部、科技部和卫生部联合下达了
关于建筑物通风空调系统安全使用的应急措施。建筑物通风空调系统的过
滤器作为改善室内空气品质、预防疾病传播的重要手段，其重要性已引起
政府和行业界的普遍关注。为保护人民群众的身体健康，人们期待着一种
更有效、更经济的过滤手段的诞生。
目前，建筑物的通风空调系统常采用传统的滤料式过滤手段，包括初、
中、高效三级过滤。在洁净等级要求不高的建筑物中常采用能耗较大的初
效或中效滤料式过滤器，而这些过滤器一般只能对1微米以上的空气悬浮
物进行过滤，而对亚微米级(粒径为0.001微米至1微米)的空气悬浮物
很难过滤，而这些亚微米级的空气悬浮物(如烟雾、细菌、病毒等)恰恰
对人类健康和环境的危害更大。一种空气电子过滤器已越来越引起行业界
的重视，常规的空气电子过滤器作为中央通风空调系统的一种过滤手段，
采用静电吸附原理，通过对空气进行高压电离，让空气中的悬浮微粒带上
电荷，当带电悬浮微粒流经异极性集尘极时被收集下来。常规的空气电子
过滤器常采用双区(电离区、集尘区)静电过滤原理，如图1所示，含尘
气流先经过均流、初过滤网，大颗粒物(如树叶、小鸟等)在此被截住。
接着含尘气流经过电离区，在此区空气被非均匀高压电场(8～12KVdc)电
离，形成大量的正负离子，由于采用正电晕极，被电离的空气负离子流向
正晕极被中和，电场中大部分区域剩下正离子，空气中的尘粒与正离子碰
撞被带上正电荷。接着，带正电的尘粒流向集尘区，该区由正负交错排列
的的平行极板组成，极间电压约(4～6KVdc)，由于同性相斥，异性相吸，
带正电尘粒被吸附到负极板上，从而达到过滤效果。
空气悬浮微粒在高压电场中荷电方式包括电场荷电和扩散荷电两种方
式。在高压电场中空气被分离成大量的正离子和电子，电子移向正晕极并
在其上被中和，而正离子在电场作用下作有规则的运动过程中，遇到中性
的悬浮微粒时就附着在上面，使悬浮微粒带正电，这就是第一种荷电机理
即电场荷电。其次，正离子不仅在电场作用下运动，而且还有热运动，正
离子在热运动过程中附着于悬浮微粒而使微粒带电，则为第二种荷电机理
即扩散荷电。根据静电理论，电场荷电主要对于1微米以上的微粒起作用，
而对于小于0.2微米以下的微粒主要依靠扩散荷电起作用，对于0.2～1微
米的微粒，则电场荷电和扩散荷电同时起作用。对于1微米以上的微粒所
带的电荷数与其粒径的平方成正比，微粒直径越大，微粒荷电数量越大，
微粒被收集的效果越好。对于1微米以下的微粒，由于扩散荷电的作用，
使得其荷电数比计算出的要大。研究表明，对于1微米以下的微粒，因扩
散荷电作用而获得的荷电数n与其粒径Dp之比(n/Dp)保持稳定，不会导
致粒径Dp减小时，荷电数n明显降低。当荷电微粒进入正负交错、由平行
极板组成的集尘区时，在均匀电场的库伦力作用下，向异极性的集尘板上
移动并沉集下来。微粒在集尘区电场内作横向运动时，要受到空气的阻力，
当库伦力等于空气阻力时，作用在微粒上的外力之和等于零，这样，微粒
在横向作等速运动，此时微粒的运动速度(W)称为驱进速度(或分离速度)。
驱进速度越大，微粒被收集的效果越好。
因此，对于既定的微粒群，在其他条件不变时，粒径越大，驱进速度
越大，过滤效果越好；而粒径越小，驱进速度越小，过滤效果越差。根据
北京市康孚环境控制公司研发的空气电子过滤器在国家空调设备质量监督
检验中心的检测报告，也符合上述规律。不同粒径分组计数效率的检测结
果如下：
序号 粒径(微米) 计数效率(％)
1 0.3 81.8
2 0.5 84.1
3 1.0 98.2
4 2.0 99.4
5 5.0 100
可以看出：当微粒在1微米以上时其过滤效率满意，当微粒在0.5微
米以下时，其过滤效率是不理想的。而烟雾、细菌、病毒粘附在空气中的悬
浮颗粒物的粒径，大约在0.01微米至1微米左右(如目前的SARS病毒其
粒径大约在0.01微米左右)，即不能保证将烟雾、细菌、病毒予以高效过
滤。现有的国内外所研发的空气电子过滤器均是采用上述双区式静电过滤
结构。现有的电子过滤器用于民用、工业建筑物通风空调系统时，与传统
的滤料式过滤手段相比，虽能大为改善过滤质量，但尚不能高效地过滤空
气中的烟雾、细菌、病毒。从上述检测报告也可说明：空气中悬浮微粒直
径越小，过滤效果越低。因此，该双区式电子过滤器对处理空气中亚微米
级的悬浮物(如烟雾、细菌、病毒等)，虽有一定的效果，但过滤效率还不
够高，还不能从根本上改善室内空气质量，提高室内空气品质。如何使空
气电子过滤器提高过滤效率，以有效地过滤空气中亚微米级的悬浮物(如
烟雾、细菌、病毒等)，是本行业科研攻关的一个重要课题。
发明的内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高效空气电子过滤器，
它具有更高的过滤功能，能对空气中0.001微米以上的空气中悬浮物(如
烟雾、细菌、病毒)进行高效过滤，从根本上改善室内空气质量，提高室
内空气品质。
本发明的目的是按如下的技术方案实现的。本发明高效空气电子过滤
器，它包电离区、集尘区，其特征是：
它还包括凝聚区，所述的凝聚区位于空气进口侧，所述的集尘区位于
空气出口侧，所述的电离区位于所述的凝聚区与集尘区之间，在所述的凝
聚区具有凝聚电极组件，所述的凝聚电极组件包括若干个交错排列的直流
正、负电晕极。
所述的凝聚电极组件还包括接地极板。
所述的电离区中具有电离电极组件，所述的电离电极组件包括若干个
正晕极和接地极板；所述的集尘区中具有集尘电极组件，所述的集尘电极
组件包括若干个交错排列的平行的直流正极板和接地极板。
本发明高效空气电子过滤器的设计方案所为采用三区式结构，和双区
式结构相比，其创新之处是：在电离区之前加一微粒荷电凝聚区。其优越
性在于：可使空气中的悬浮微粒在此区带上异极性的电荷，异极性的荷电
微粒在此区相互吸引、碰撞、凝聚，从而使空气中的悬浮微粒直径变大，
以提高空气中亚微米级悬浮物(如：烟雾、细菌、病毒等)的过滤效率。
本设计方案的电子过滤器原理是：在凝聚区采用正负交错的直流电晕极，
当空气经过正电晕极时空气中的微粒被荷上正电；当空气经过相邻的负电
晕极时，空气中的微粒被荷上负电。异极性的荷电微粒在电场中相互吸收、
碰撞、凝聚，凝并后的微粒表面积(直径)增大，同时荷电量趋于中性。
凝并后的微粒进入电离区(仅正晕极)时，由于其粒径变大，并带有少量
电荷，因此加速了空气电离速度，加大了空气中悬浮微粒的荷电量，从而
提高了空气中悬浮微粒、尤其是亚微米级微粒的过滤效率。
综上所述，本发明采用增加一个凝聚区，将进入的空气中悬浮微粒的
直径加大，以明显提高空气中悬浮微粒的在电离区的荷电量，提高荷电微
粒在集尘区的驱进速度，从而可大大改善空气电子过滤器的过滤效率，对
过滤空气中的亚微米级的微粒大有帮助。因此，本发明高效空气电子过滤
器比常规的空气电子过滤器具有更高的过滤效率，尤其适用于过滤空气中
的亚微米级的悬浮物，比如对人体危害很大的烟雾、细菌、病毒等。本发
明能有效过滤空气中的亚微米级微粒，清洁空气，根本改善室内空气质量，
提高室内空气品质，本发明适于民用、工业建筑物通风空调系统采用。
附图说明
图1为常规空气电子过滤器的原理图；
图2为本发明高效电子过滤器的原理图；
图3、4、5为本发明高效电子过滤器的结构示意图；其中：
图4为图3中的A-A剖视图；
图5为图3中的B向视图；
图6为图3中的D-D剖视图，示出芒刺型电晕极板在电子过滤器单元
中的安装位置；
图7为芒刺型电晕极板的结构示意图；
图8为螺旋线型电晕极的结构示意图
图9为钨丝螺旋线型电晕极在电子过滤器单元中的安装位置图。
图10为图9中的C向视图(顺时针转90度，只示出件24、30、31)。
图中代号
1初滤均流板 2凝聚区电极组件 3正电晕极
4负电晕极 5接地极板 6电离区电极组件
7正电晕极 8电离区接地极板 9集尘区电极组件
10正集尘极板 11接地集尘极板 12框架
13侧板 14凝聚区电极组件 15电离区电极组件
16集尘区电极组件 17正电晕极 18负电晕极
19接地极板 20 电晕极 21接地极板
22正集尘电极板 23接地集尘电极 24安装轴
25高压电源模块 26圆孔 27芒刺尖端27
28电晕极板 29固定薄片 30固定槽
31条缝
具体实施方式
实施例1。如图2是本发明所述的高效空气电子过滤器的工作原理图。
高效空气电子过滤器包括电离区、集尘区和凝聚区，所述的凝聚区位于空
气进口侧，所述的集尘区位于空气出口侧，所述的电离区位于所述的凝聚
区与集尘区之间，在所述的凝聚区具有凝聚电极组件2，所述的凝聚电极
组件2包括若干个交错排列的直流正、负电晕极3、4。所述的凝聚电极组
件2还包括接地极板5。所述的电离区中具有电离电极组件6，所述的电离
电极组件6包括若干个正晕极7和接地极板8；所述的集尘区中具有集尘
电极组件9，所述的集尘电极组件9包括若干个交错排列的平行的直流正
极板10和接地极板11。
本发明所述的高效空气电子过滤器采用的工作过程为：当含尘气流经
过初滤均流板1时，其中大颗粒物，如树叶、小鸟等被滤出。接着含尘气
流经过由凝聚电极组件2形成的非均匀高压(8～12KVdc)电场，此电场即
为凝聚区。当空气经过正电晕极3时空气中的微粒被荷上正电；当空气经
过相邻的负晕极4时，空气中的微粒被荷上负电。异极性的荷电微粒在电
场中相互吸收、碰撞、凝聚，凝并后的微粒表面积(直径)增大，同时荷
电量趋于中性。接着，凝并后的微粒进入由电离电极组件6形成的非均匀
高压(8～12KVdc)电场，此电场即电离区，该电场全部采用正晕极7，由
于凝并后的微粒直径变大，并带有少量电荷，因此当它们流入电离区6时，
进一步加速了空气的电离速度，使空气中的悬浮微粒进一步荷上正负电荷，
其中负电荷离子和微粒流向正晕极7被中和，电场中大部分区域剩下的正
离子进一步使空气中的悬浮微粒带上正电荷。最后，带正电的微粒流向由
均匀电场形成的集尘区，该区具有电离电极组件9，包括正负交错排列的
平行正极板10和接地极板11，极间电压约4～6KVdc，由于同性相斥、异
性相吸，带正电微粒被吸附到接地极板11上，从而达到过滤效果。
实施例2。如图3至图5为本发明高效电子过滤器的另一个实施例的结
构示意图。高效电子过滤器除包括凝聚电极组件14、电离电极组件15、集
尘电极组件16外，还包括框架12和固定在所述的框架12上的两块侧板
13，所述的两块侧板13之间安装有所述的凝聚电极组件14(相当于图2
中的件2)、电离电极组件15(相当于图2中的件6)和集尘电极组件16
(相当于图2中的件9)；所述的凝聚电极组件14的正电晕极17(相当于
图2中的件3)、负电晕极18(相当于图2中的件4)和接地极板19(相当
于图2中的件5)为间隔均匀、平行排列的；所述的电离电极组件15中的
若干个正电晕极20(相当于图2中的件7)和接地极板21(相当于图2中
的件8)为间隔均匀分布的；所述的集尘区电极组件16的若干个正集尘电
极22(相当于图2中的件10)和接地集尘电极23(相当于图2中的件11)
为形状相同且间隔均匀分布的，所述的正集尘电极板22位于所述的接地集
尘电极23的中部。其中每块侧板13上排列若干个固定圆孔用以固定各安
装轴24，安装轴24同时起到供电回路作用。
如图6至图10为本实施例所述的凝聚区和电离区的所有电晕极的结构
示意图，采用板状芒刺型和/或钨丝螺旋线结构，并居于所述的接地极板的
中部。图6为板状芒刺型电晕极在电子过滤器单元中的安装位置图。图7
为板状芒刺型电晕极的结构图，采用不锈钢材料制作。在电晕极的上下两
端及中部开有圆孔26，供安装轴24从其穿过。为防止火花放电产生臭氧，
同时保证非均匀电场的效果，电晕极板28的正反表面均涂有绝缘层，在芒
刺尖端27处不设绝缘涂层。通电后，电晕极仅在芒刺尖端27处产生电晕
放电现象。图8为钨丝螺旋线型电晕极的示意图，采用直径大约为0.2～
0.3mm的钨丝，将钨丝制作成螺旋状，其两端焊有固定薄片29。图9为钨
丝螺旋线型电晕极在电子过滤器单元中的安装位置图。如图10，固定槽30
的一侧翻边上开有彼此间隔均匀的条缝31，钨丝螺旋线型电晕极上下两端
的固定薄片29安装时卡在上下两个安装轴24的条缝31上即可。如此，安
装及维护十分方便。
板状芒刺型电晕极主要用于含尘浓度较高的工业建筑物中，钨丝螺旋
线型电晕极主要用于相对清洁的民用建筑中，以进一步减少臭氧浓度的产
生。
所述的极板均通过所述的若干个安装轴24固定在所述的左、右侧板之
间，每一个电子过滤器单元设一个高压电源模块25，所述的高压电源模块
25固定在所述的右侧板上，所述的高压电源模块25的输出端与相应所述
的安装轴24连接起来实现供电。
所述高效空气过滤器的高压供电电源模块25、安装轴24、框架12、凝
聚区电极组件14、电离区电极组件15和集尘区电极组件16合为一体，形
成高效空气电子过滤器单元，可作为独立商品出售。