CN113543887A - 颗粒收集器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于从被污染的气体中收集颗粒的颗粒收集器，该颗粒收集器包括：驱动单元，其用于使气体运动，该驱动单元包括驱动腔室、用于产生正电压的电压源、导电驱动元件，其中，该电压源连接至导电驱动元件，以用于施加正电压；收集单元，其用于从移动的被污染的气体中收集颗粒，该收集单元包括用于接收移动的被污染的气体的收集腔室，该收集腔室包括一个或多个收集表面以用于将来自被接收的移动的气体中的颗粒收集在其上；其中，驱动腔室包括驱动腔室壁，驱动腔室壁限定了用于被污染的气体的驱动腔室流动空间，其中，导电驱动元件被配置为电离颗粒，并诱导被电离的颗粒朝着收集单元以螺旋形的运动流动。

Description

颗粒收集器

技术领域

本发明涉及一种颗粒收集器和用于从诸如被污染的空气的被污染的气体中收集颗粒的方法。

背景技术

空气中的煤尘(smut)、细粉尘和超细粉尘颗粒、元素碳、烟尘和1nm结构性颗粒以及交通中的排放气体颗粒是对公众健康和环境造成不期望的结果的污染源。水滴和薄雾由于障碍或可见性而的确会造成交通问题。化学液滴由于化学成分而可能对人类和环境有害。细菌、病毒、花粉和孢子直接影响公共健康，或者可能对所有生命形式都具有致病性或刺激性。为了减少这样的颗粒的排放、消除雾的交通障碍、减少致病性颗粒或减少刺激性颗粒，本领域已知许多方法和装置。然而，尽管有这样的方法，仍不能从被污染的空气中充分去除污染物。

在US 6511258和JP 002069943中描述了用于去除道路、街道、露天场所(openplace)等上方的空气中的电离颗粒的示例。NL 2008621和NL 207755描述了如何由于高压带状放电而捕获颗粒，或者NL 2007548描述了通过高压放电驱动颗粒并在收集器处捕获颗粒。由于反电离和/或等离子体对颗粒接受器(receptor)的影响，用于颗粒捕获的所有这些布置还产生了200-300nm的结构化颗粒。

已知有许多其他系统，诸如用于减少被污染空气中的细粉尘含量的静电除尘器，但是所有这些系统需要通风机或类似的空气气流产生装置的外部和附加风流，以将颗粒驱向多个带电接受器，并收集空气流中的空气传播颗粒中的一部分。这些系统需要大量的能量来增强空气流和/或仅能去除相对小部分的空气传播颗粒。此外，只有直径大约为2.5μm或更大的颗粒被从空气中过滤出。另一缺点是这些已知系统是稳态操作系统，不能适应污染颗粒密度的显著增加或降低。

US6106592描述了一种用于去除气体流中夹带的固体和液体气溶胶的气体清洁方法和设备。待处理的气体通过湿的、带静电的过滤介质。过滤介质上的静电荷的极性被选择为以增强对捕获的固体颗粒的去除。该设备具有非常高需求的能量消耗。所产生的电场具有80-800kV/m的极高电场强度。此外，该系统响应于用以清洁任意期望的气体流量的各种数量的设备而仅作为并行操作系统被操作。该系统具有极高的能量消耗，并且只能进行更改以组合一个或多个并行系统。

EP0808660A1描述了一种集尘器，该集尘器去除气体中包含的灰尘和/或薄雾。该系统包括用于使气体中包含的灰尘和/或薄雾带电的充电装置、用于喷洒带电的灰尘或带电的薄雾的喷洒装置。该系统还可将介电材料喷洒至带电的灰尘或薄雾。该系统包括电场形成装置，该电场形成装置用于形成用于使电材料介电极化的电场。该系统还包括收集装置，该收集装置用于收集已经收集了至少一部分的带电灰尘和/或带电薄雾的介电材料。需要施加500kV/m的电场。不利的是，该系统通过将带电颗粒和/或薄雾喷洒成介电极化来使用带电灰尘和薄雾，并且还需要巨大的电场强度。

此外，一些已知的颗粒收集器需要单独的通风机或类似的机械空气流发生器，以使待清洁的空气运动。这意味着该类型的颗粒收集器不能用作独立装置和/或消耗相对大量的能量。

发明内容

本公开的目的在于提供一种颗粒收集器和收集颗粒的方法，其中，现有技术的上述缺点中的至少一个已被消除。

本公开的目的在于提供一种颗粒收集器和收集颗粒的方法，具有增加的能量效率和/或能够分离和收集粒径范围为1nm-100μm，优选为1nm-500nm，更优选为1nm-100nm的颗粒。

另一目的在于提供一种针对有效去除在地理对象上方的空气中的污染颗粒的问题的可替代的、优选更好的解决方案。这样的地理对象的示例选自由道路、停车位、露天场所和建筑区域或者如工厂的工业厂房区域，或者此外的转运设施、港口、建筑工地、矿山和其他室外环境组成的组，或者位于室内环境(诸如例如在办公室、房屋、无尘室、医院、污染装置、托儿所、例如生产晶圆的高科技工厂等中的应用)中，位于飞机、船舶或任何汽车装置内部，位于运输装置的货舱内部或者形成人或动物居住环境的任何其他物内部。本公开还可应用在燃烧应用附近，例如与燃烧单元的排放(诸如车辆排放、飞机排放、船排放)组合，但是也可用作独立装置。本公开还可应用在其他清洁系统的添加/替换/替代中。

根据第一方面，目的中的至少一个可至少部分地在一种颗粒收集器中实现，该颗粒收集器用于从诸如被污染空气的被污染气体中收集颗粒，该颗粒收集器包括：

驱动单元，其用于使被污染的气体运动，该驱动单元包括驱动腔室、电压源、一个或多个导电驱动元件，驱动腔室具有用于接收被污染的气体的入口，电压源用于产生正电压，其中，电压源连接至导电驱动元件，以用于向驱动元件施加正电压；

收集单元，其用于从移动的被污染的气体中收集颗粒，该收集单元包括收集腔室，该收集腔室与驱动腔室连接以用于接收移动的被污染的气体，收集腔室包括一个或多个收集表面以用于将来自被接收的移动的气体中的颗粒收集在其上；

其中，驱动腔室包括驱动腔室壁，驱动腔室壁限定了用于被污染的气体的驱动腔室流动空间，其中，导电驱动元件分布在驱动腔室流动空间中和/或相对于驱动腔室被定向，以电离被污染的气体中的颗粒，并诱导被电离的颗粒在驱动腔室流动空间中朝着所述收集单元以大体上盘旋形和/或螺旋形的运动流动。

驱动单元可被配置为由于被电离的颗粒在驱动腔室中被诱导流动而经由入口吸入周围的被污染的气体(例如，空气)。换句话说，颗粒收集器能够通过使驱动腔室中的颗粒加速接收周围的被污染的气体，从而使周围的被污染的气体进入颗粒收集器。这可在不需要诸如通风机的机械气体流动诱导装置的情况下实现。这意味着颗粒收集器的能量消耗可减小。此外，在本公开的实施例中，不存在被配置为使被污染的空气强制流入颗粒收集器中的、延伸到颗粒收集器的外部的机械装置(例如，风扇或类似设备)，因为在一些情况下，它们可能对颗粒收集器的分离效率产生负面影响：尤其是非常小的颗粒可能在颗粒收集器内部漂移更长的时间，因此该非常小的颗粒可能会不太有效地沉降到收集单元中。

由颗粒收集器诱导产生的物理流动与带电颗粒和部分地或未被电离的颗粒的流动相一致，导致所有的颗粒流向颗粒收集器的壁，颗粒在此处通过化学键合或通过撞击而沉降。

所需的气体供应由颗粒收集器的驱动单元提供。相同的驱动单元还能够使气体进行旋转移动，该旋转移动的旋转速度足够大以引起“旋风效应”。换句话说，气体/颗粒混合物的旋转速度足够高，以允许气体/颗粒混合物中的相对重的颗粒在径向向外的方向上朝着颗粒收集器的壁行进，而气体/颗粒混合物中相对质轻的气体在沿着轴向方向行进的同时保留在颗粒收集器的中心部分中，从而可实现颗粒与气体的分离。此外，被电离的颗粒的流动使得被电离的颗粒还夹带未被电离的颗粒以大体盘旋形和/或螺旋形的运动朝着收集单元移动。例如，被电离的颗粒夹带难以电离的超小颗粒(粒径在1nm至15nm之间或在1nm至10nm之间)，从而这些超小颗粒也可被分离并被收集到收集单元中。

驱动元件可完全不存在于收集腔室中，以允许将颗粒收集在收集腔室的一个或多个收集表面上。

在本公开的实施例中，颗粒收集器的收集腔室包括与驱动腔室流动空间连接的收集腔室流动空间，以便收集腔室流动空间中的颗粒可基本上从收集腔室流动空间自由地移动至驱动腔室流动空间。驱动腔室流动空间和收集腔室流动空间可被配置为允许颗粒在收集腔室流动空间中流动，以至少部分地以大体盘旋形和/或螺旋形的运动在驱动腔室流动空间内部流动。

在本公开的有利实施例中，收集腔室和/或驱动腔室呈圆筒形形状(在本文中也称为“管状”形状)。圆筒的截面可呈圆形、卵形、椭圆形、多边形(包括矩形)形状中的任意形状。通过具有大体圆形的截面等，可更容易地防止纳维-斯托克斯(Navier-Stokes)状态下的颗粒湍流。

在本公开的实施例中，收集腔室和驱动腔室具有直径基本上相同的基本上圆筒形的形状。收集腔室可与驱动腔室对齐。以该方式，气体/颗粒混合物可从驱动腔室自由地流动至收集腔室。

在本公开的一些实施例中，收集腔室的直径可略大于驱动腔室的直径。收集腔室可与驱动腔室对齐。以该方式，气体/颗粒混合物可从驱动腔室自由地流动至收集腔室。

颗粒收集器可被配置为使得所有的一个或多个导电驱动元件连接至一个电压源。在这些的实施例中，相同的电压施加至所有的导电驱动元件。

在其他实施例中，颗粒收集器包括：至少一个第一导电构件，其布置在驱动单元的驱动腔室中；和至少一个第二导电构件，其布置在收集单元的收集腔室中，其中，比所述正电压低的电压施加至第一导电构件和/或第二导电构件。例如，收集腔室可包括收集腔室壁，该收集腔室壁限定了与驱动腔室流动空间连接的收集腔室流动空间，其中，收集腔室壁的至少一部分形成至少一个第二导电构件。第一导电构件和/或第二导电构件可接地(通地)或者连接至如下电压源：该电压源提供比电压源提供给驱动单元的驱动元件的电压源低的电压，优选提供(略)负电压。收集单元的电压源可与驱动单元的电压源不同，但在其他实施例中，电压源已组合成组合电压源，该组合电压源被配置为分别向驱动单元和收集单元施加不同的电压。

在本公开的实施例中，第一导电构件是同中心地安装在驱动腔室中的导电网(gauze)。导电构件可被配置为增加驱动腔室内部的电场电势的梯度，以用于增强由于一个或更多个导电驱动元件引起的电晕效应。在具体的实施例中，驱动腔室和第一导电构件两者呈圆筒形的形状，其中，第一导电构件同中心地布置在驱动腔室内部，并具有比驱动腔室小的直径，使得导电驱动元件在驱动腔室的圆筒形壁与第一导电构件之间的空间中延伸。

通常，诸如圆筒形的网的至少一个第一导电构件仅布置在驱动腔室中。在一些实施例中，该网也可一定程度地延伸到收集腔室中。至少一个第一导电构件优选与驱动腔室的内壁以及与导电驱动元件电绝缘。至少一个第一导电构件可利用单独的与地的连接而接地。在第一导电构件为网或类似网的结构的情况下，其被设计为允许气体/颗粒混合物在轴向方向上平滑地流动。由于网引起的任意小的空气波纹都不应影响气体/颗粒混合物的主要的流动。

收集腔室的内表面可包括一个或多个收集表面，该一个或多个收集表面在收集腔室的内周面上具有大体均匀的电荷分布。作为其结果，由于电场可在收集腔室的径向方向上基本对称，因此颗粒流内的颗粒可沉降在收集表面上。

在一些实施例中，收集腔室壁可包括交替地布置的第二导电构件和绝缘构件，第二导电构件和绝缘构件在轴向方向上交替，其中，构件中的每个在收集腔室的内周面上具有大体均匀的电荷分布。因此，收集腔室可具有多个壁部，在多个壁部处，基本上导电的部分和基本上绝缘的部分在收集腔室的轴向方向上交替地布置。在绝缘和/或导电壁部上，每个壁部在收集腔室的内周面上具有基本均匀的电势。如果在收集腔室中存在多个导电壁部，则可向这些导电壁部中的每个施加相同的电压，可替代地，可向多个壁部中的至少两个施加不同的电压。此外，施加至收集腔室中的至少两个导电构件的第二电压在导电构件之间可不同。这样的配置可例如允许在收集表面的不同部分上收集不同质量和/或电荷/质量比的颗粒。

在本公开的实施例中，导电驱动元件安装至驱动腔室壁，并分布在沿驱动腔室壁的内表面的位置使被污染的气体中的颗粒以大体盘旋形和/或螺旋形的运动移动。例如，导电驱动元件沿驱动腔室的流动空间中的螺旋形轨迹定位。然而，在其他实施例中，导电驱动元件沿驱动腔室的长度按照连续的圆形图案布置。其他图案也是可设想到的。更通常地，导电驱动元件可在驱动腔室壁的内周面上按照重复的图案布置。在实施例中，导电驱动元件相对于驱动腔室壁的内表面按照图案倾斜地定向。导电驱动元件应被定位在合适的位置并且相对于腔室的壁合适地定向，以使颗粒适当地以大体盘旋形和/或螺旋形的运动移动。

根据本公开的实施例，一个或多个导电驱动元件中的每个可呈尖锐的形状。尖锐的形状的示例为销状、针状或类似形状的对象。

根据本公开的实施例，颗粒收集器包括倾斜地定向的导向驱动元件。驱动元件以相对于驱动腔室壁的内表面成一定角度地延伸，其中，该角度可被分解为两个正交角度，其中，第一角度(θ)在驱动腔室的径向方向上相对于驱动腔室壁的表面的法线成0°-89°(例如，具有10°-80°的值，优选地，30°-60°的值，更优选地，约45°的值)，其中，第二角度在驱动腔室的轴向方向上相对于驱动腔室壁的表面的法线成0°-89°(例如，具有10°-30°的值)。

第一角度和第二角度可选择为使导电驱动元件定向为使得电场在驱动腔室内呈螺旋形和/或盘旋形形状。优选地，第一角度和第二角度使导电元件定向为使得两个相邻的导电驱动元件的电晕重叠，以便电晕区域在整个驱动腔室中是连续的，而不会导致驱动元件向驱动腔室的表面或另一驱动元件放电。此外，取决于驱动元件的定位，第一角度和/或第二角度在多个导电驱动元件之间可不同。

例如当颗粒由于与壁的撞击而粘到壁的内表面时，颗粒可被收集在部分具有电隔离的壁部的收集腔室中。仅部分地被电离的或中性的颗粒可被特别地收集在壁的电隔离部分中。例如，壁的电隔离部分可被配置为收集来自驱动单元的移动的部分地被电离的或中性的颗粒，它们通过由于颗粒流中颗粒的惯性而产生的撞击被收集。

根据本公开的实施例，导电驱动元件、电压源和导电构件被配置为通过产生一个或多个电离电晕来电离颗粒，和/或通过使来自导电驱动元件的被电离的颗粒加速来产生从导电驱动元件的末端发出的电风。电风可包括被电离的颗粒和其他颗粒两者。

根据本公开的实施例，驱动腔室壁由基本上绝缘的材料制成。导电驱动元件被布置为从驱动腔室壁的绝缘材料伸出以提供局部带正电的表面。

根据本公开的实施例，驱动单元的导电构件是同中心地安装在驱动单元的导电网。导电构件可被配置为增加驱动单元内部的电场电势的梯度，以用于增强由于一个或多个导电驱动元件而引起的电晕效应。驱动单元、收集单元和导电构件的电势差和几何形状被配置为在导电驱动元件的端部附近实现这样的电场强度，以产生强电晕，还防止了导电元件的放电(电弧)。可替代地，导电网可以是金属丝或另一管状成形的导电构件。

根据本公开的实施例，颗粒收集器包括用于朝着驱动单元引导颗粒的导向单元。

根据本公开的实施例，导向单元包括导电表面，其中，导向的导电表面连接至电压源，并且其中，较高的正电压施加至该导向的导电表面，其中，该较高的正电压是比施加至导电驱动元件的正电压高的电压。该较高的电压优选地还连接至驱动单元的电压源。

根据本公开的实施例，颗粒收集器被配置为收集如下颗粒：该颗粒包括煤尘、细粉尘、超细粉尘、水和化学液滴、薄雾、细菌、病毒、孢子、花粉、烟尘、石英、石棉、金属颗粒、元素碳和/或排放气体颗粒和/或具有直径的数量级为纳米的其他颗粒中的一者或多者。

根据本公开的实施例，颗粒收集器包括用于控制一个或多个电压供给的控制单元，以控制由电场诱导的加速，由此控制颗粒收集器的分离特性。

根据本公开的实施例，颗粒收集器包括检测器单元，其中，该检测器单元包括连接至导电驱动元件的电流表、颗粒检测器、存在检测器和/或环境检测器。环境检测器可以是湿度传感器、压力传感器、温度传感器、磁场传感器和/或其他传感器中的至少一者。如果存在检测器检测到可与颗粒的发射/产生/释放相关联的对象的存在，则存在检测器可检测车辆、动物、人、骗子等的存在。存在检测器可以是光学检测器、力检测器、超声检测器但不限于此。控制器单元可连接到检测器单元并且被配置为基于来自检测器单元的数据控制供应电压。控制单元可使用电流表来确定导电驱动元件上所需的电压量。如果测量到周围气体中的污染增加，则可增加导电驱动元件上的电压。如果测量到高湿度，例如，如果雨水进入颗粒收集器，则施加至颗粒收集器的任意导电部件的电压可相应地降低(或全部关闭)。例如，在水进入颗粒检测器的情况下，可关闭或降低电压以防止颗粒收集器内的电弧。可替代地或另外地，控制器可被配置为在一天和/或一周和/或一个月期间在一个或多个预定时间段内控制颗粒收集器。因此，控制器可在预计空气中存在相对多的污染颗粒的时间段内，例如在工作时间期间或在交通高峰时间期间，增加多个驱动元件上的电压。在预计污染颗粒较少的时间段期间，颗粒收集器可在施加至驱动元件的较低电压下运行或可完全关闭。此外，控制器还可连接至外部输入，由此颗粒收集器由外部用户控制，例如在交通拥堵的情况下，外部用户可指示控制器增加颗粒收集器的驱动元件上的电压。

根据另一方面，提供一种包括至少两个如本文限定的颗粒收集器的系统，其中，两个或更多个颗粒收集器串联布置。

根据又一方面，提供一种通过操作如本文限定的颗粒收集器来从气体(例如，被污染的空气)中去除颗粒的方法和/或一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上具有用于执行该方法的计算机程序。

在一些实施例中，该方法可应用于清洁室内和/或室外环境中的被污染的空气，诸如应用在处于以下项中的任一者中的区域和/或在以下项中的任一者附近的区域：交通系统；沿道路、高速公路、交通路口、停车场、停车位、自动车辆、学校、户外校园、房屋、工厂、航运业船舶、转运区域、干湿散装物料转运、存储区域、港口、机场、飞机、码头、办公室和/或这些区域的室外环境的交通中的除雾系统；和/或诸如应用在以下项中的区域和/或在以下项附近的区域：采矿、建筑工地、实验室、技术和/或医疗清洁室、医院、托儿所、重症监护室、手术室、如工厂的工业厂房区域，和/或该方法应用为气体流中的纳米级颗粒和/或较大颗粒的空气清洁系统，和/或该方法与微滴组合作为气体洗涤器。

附图说明

在各种示例性实施例的随附的描述中，将阐明本发明的进一步特征。在说明书中参考了附图。

图1是根据本公开的实施例的颗粒收集器的示意性侧视图。

图2是用于收集颗粒的颗粒收集腔室的示意性侧视图。

图3是根据本公开的实施例的包括两个连续的颗粒收集器的系统的示意性侧视图。

图4是包括多个导电元件的颗粒收集器的驱动腔室的示意性顶视图。

图5是包括导电网的颗粒收集器的驱动腔室的示意性顶视图。

图6是包括导电网的颗粒收集器的驱动腔室的示意性侧视图。

图7a和图7b是驱动腔室内的颗粒流的示意性侧视图。

图8a至图8c是具有一个或多个导电驱动元件的驱动腔室的视图，示出了导电驱动元件相对于驱动腔室壁的定向，图5b和图5c中还示出了电离颗粒上的主要力(mayorforce)。

图9是驱动腔室和其中心轴线的图示。

图10a和图10b是图9的放大图。

图11是驱动腔室和收集腔室、驱动腔室的出口和驱动腔室的入口元件的图示。

图12是颗粒收集器的示意图，该颗粒收集器布置为相对于地球表面的法线成一定角度，布置为使得例如雨水可清洁收集腔室的内表面。

图13是可利用多种工具进行清洁的收集腔室的示意图。

图14是根据本发明的另一方面的颗粒收集器的示意图。

图15A和图15B分别示出了空气在进入如本文限定的颗粒收集器之前以及在被从该颗粒收集器排出之后的颗粒分布。

具体实施方式

在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，将显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，为了避免不必要地混淆本发明，未详尽地详细描述公知的结构和装置。

如对本领域技术人员而言，在阅读本公开后将显而易见的是，本文描述和示出的单独的实施例中的每个具有独立的部件和特征，该独立的部件和特征可容易地与其他几个实施例中的任一者的特征分开或组合在一起，而不会脱离本发明的范围。任何叙述的方法都可按照所叙述的事件的顺序或在逻辑上可能的任意其他顺序进行。

注意的是，除非上下文另外明确指出，否则如本文和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指示物。进一步注意的是，权利要求书可被撰写为排除任何可选要素。如此，该陈述旨在用作针对使用与权利要求要素的叙述相关联的诸如“唯一”、“仅”等这样的排他性术语或针对使用“否定”限制的先行基础。

如本文所定义的，气体(例如，被污染空气)中的颗粒可以是固体颗粒(诸如煤尘、细粉尘、超细粉尘、烟尘、石英、石棉、金属颗粒、元素碳等)和/或液体颗粒(例如，诸如水滴、化学液滴、薄雾等的滴状颗粒)，包括诸如细菌、病毒、孢子、花粉的生物颗粒，或者实际上的任何微粒材料。

总体描述

诸如空气的被污染气体可包括诸如水滴等的液体颗粒和/或诸如具有直径(d)小至纳米级(即d≥1nm)的固体颗粒(例如煤尘、细粉尘、排放颗粒和/或花粉)。该本公开涉及从气体中去除这些颗粒中的至少一些，或更具体地，涉及从被污染空气中去除这些颗粒中的至少一些。

根据本公开的实施例的装置包括(至少)两个阶段，一个阶段用于通过电场力来加速和引导颗粒，另一个阶段用于收集颗粒。在具体的实施例中，该装置包括驱动单元和收集单元。驱动单元可包括管、多个导电驱动元件(诸如布置在管的内侧上的销)以及接地导电内网。电压源可将正电压施加到多个导电驱动元件上，从而由于带正电的导电驱动元件和接地内网之间的电势差而引起在驱动单元内产生电场。该电场足够强，以在导电驱动元件末端附近的驱动单元内引起电晕效应。

由于电晕效应，颗粒中的至少一些在电晕的电离区域中被正电离。电离是足够强的电势将电子加速到足够高的能量，使得加速后的电子由于与结合到所述颗粒的其他电子的碰撞而能够使颗粒电离的结果。自由电子也被加速至带正电的导电驱动元件。如果自由电子也被加速到足够高的能量以使其他颗粒电离，则发生电子雪崩，并且多个颗粒被(完全)电离。

由于导电驱动元件的定向而引起的电场的定向使得被正电离的颗粒在预定方向上被加速。驱动单元内的颗粒被加速，从而由于电场的形状，颗粒的流动呈螺旋形(helical)形状和/或盘旋形(spiral)形状。由于多个颗粒被正电离，因此将产生电离的颗粒流。该被电离的颗粒流将产生滑流，由此也吸引未被电离的颗粒跟随被电离的颗粒的移动，从而建立电风。由于被电离的颗粒流，未被电离的颗粒也可在电风中被运输到驱动单元中的电离区域，并在那里被电离。

如此，颗粒在驱动单元的端部处主要被完全电离。在驱动单元中引导被电离的颗粒，使得被电离的颗粒的运动呈朝着驱动单元的端部的螺旋形形状和/或盘旋形形状。这导致被电离的颗粒和气态颗粒的电风朝着驱动单元的端部以涡旋形式运动。电风的速度优选在驱动单元内达到最终速度。由于涡旋运动而在电离颗粒上引起的离心力被由于驱动单元中的被电离的颗粒上的电场力(electrical force)的相应分量所引起的向心力所抵消。

驱动单元的端部优选地附接到收集单元。收集单元具有导电的内表面。收集单元例如是另一管。在收集单元中，由于电场力引起的向心力基本上较低，优选地，由于收集单元中不存在带正电的驱动元件而向心力接近于零。因此，由于离心力没有(完全)被收集单元中的电场的向心力所抵消，因此被电离的颗粒与收集单元的壁碰撞。

当被电离的颗粒碰撞至收集单元的导电表面中时，由于共价键、化学固定和/或撞击，颗粒附着至表面。

有利地，通过本发明可收集被污染的空气中的尺寸范围从纳米级开始的颗粒。由于尺寸小于10nm的颗粒的布朗运动，这样的小颗粒无法稳定地被电离。因此，现有技术不能从空气中去除这样的小颗粒。然而，本发明将能够收集这些颗粒，因为这些颗粒将是被收集单元的内表面连续收集的驱动单元中的电风的一部分。此外，这些颗粒在作为电风的一部分被运输时将穿越电离区域，由此由于这些颗粒所穿越的电离区域，这些颗粒的去电离可连续导致重新电离。

在本文中，术语“雾化”是指具有电偶极矩的颗粒或液滴的电离或在污染颗粒中诱导电偶极的过程。两种过程可在一定距离处进行，例如，被雾化的颗粒没有附着至尖的针或销状(pin-like)结构的颗粒捕集布置的带电表面。此外，在本公开中，假定了带正电的被电离的颗粒、自由基或中性的被雾化的颗粒或液滴。带负电的颗粒和液滴或被负电离的颗粒和液滴倾向于分别清除空气中的自由基和带正电的颗粒或带正电的液滴，从而形成中性颗粒或液滴。这些中性颗粒和液滴可再次根据本文使用的雾化原理被雾化，并由此获得固有的电荷、方向并朝着地源(earth source)或带负电的表面被加速。由于施加至驱动单元中的驱动元件的电势，颗粒被正电离。被电离的颗粒被朝着收集单元加速，而电子(在被电离之前结合至颗粒的电子)通过驱动元件被加速并被收集。即使没有电场，污染颗粒和/或液滴中的至少一部分也可能带正电，并且那些污染颗粒和/或液滴像被雾化的颗粒或液滴一样相应地排列和加速。由于电场的存在，在收集单元或颗粒和/或液滴收集器腔室中，污染颗粒总数中的至少一部分被运输到中性或带负电的表面，优选地被运输到带负电的表面。未被电离的污染颗粒或液滴中的至少一部分可通过所施加的电场被电离，因此在该被附着的收集腔室中，这些被电离的颗粒或液滴的总数中的至少一部分也可被运输到中性或带负电的表面，优选地运输到带负电荷的表面，且例如，对所有颗粒的减少效果为99％。

被配置为向导电驱动元件施加正电压的电压源可以是能够产生例如至少0.2kV/m，优选地0.2kV-100kV，更优选地0.5kV-45kV，甚至更优选地10kV-40kV的静态的或几乎静态的直流电厂，以避免产生臭氧。电场可在0.2kV/m-2.5kV/m的范围内，诸如在约0.5kV/m-2.5kV/m或至少约1.25kV/m的范围内。根据一实施例，将1kV-50kV(例如1.5kV-50kV，更优选约1.5kV-45kV，甚至更优选约2kV-45kV，再更优选2kV-40kV)的电压施加到导电驱动元件，并作为正电荷。这意味着向驱动元件施加1kV-50kV(优选1.5kV-50kV，更优选约1.5kV-45kV，甚至更优选约2kV-40kV)的带正电电压，从而造成带电的驱动元件，并产生至少0.2kV/m正电荷(更优选在约0.5kV/m-2.5kV/m的范围内，甚至更优选至少约1.25kV/m的正电荷)的电场。

所施加的电流的范围为1μA-1A，或为1μA-1mA，或者甚至为1μA-500μA，最优选的是在1μA-100μA之间，或者在静电场的情况下没有电流。有利地，通过在一定距离处产生感应的静电场，颗粒和/或液滴被电离并随后沉降在收集表面上，该收集表面即为带负电的表面，最佳是近接地的表面或通地的接地表面。优选地，带电表面带负电，但该表面可通地或接地。可桥接约2cm-30m的距离，更优选地，如在测试场测量中发现的，污染颗粒和/或液滴的电离可发生在2cm-30m的距离上。优选地，布置颗粒捕集装置，并且施加场，使得在至少4cm(更优选地至少0.5m，甚至更优选地1m，甚至最优选地至少1.5m)的距离处的污染颗粒和/或液滴总量中的至少一部分被电离，并被吸引至带负电的、以1mA的电流几乎通地的或通地的表面(即集尘室)。由于一定距离处的颗粒和/或液滴的电离，该颗粒和/或液滴被颗粒收集器有效地充电、吸引和捕集(例如，被相反电荷、几乎接地的或通地的表面所吸引)。

本发明有利地提供了收集污染颗粒和液滴，污染颗粒和液滴将被充电并在电场中被引导，此外，可通过在保持电流恒定的同时增加电压来增加颗粒速度。可替代地，可通过在保持电流恒定的同时降低电压来减慢颗粒速度。电场配置、颗粒方向和颗粒速度使得该电场中的颗粒和/或液滴将移动并沉积在颗粒收集器的相反带电表面处。以此方式，颗粒和/或液滴被收集并从例如以下被污染空气中去除：道路、露天场所和建筑区域或者如工厂的工业厂房区域，或者此外的转运设施、港口、建筑工地、和其他室外人造环境上方的被污染空气；或者位于内部应用中的被污染空气，诸如在办公室、房屋、无尘室、医院、污染装置、托儿所、高科技设施中的被污染的空气，位于飞机、船舶或任何汽车装置内部的被污染空气，或者位于形成人或动物居住环境的任何其他物内部的被污染空气；以及位于家用设备中的被污染空气，家用设备为如厨房油烟机、吸尘器、吹落叶机、干手器、吹风机、充气泵、浴室、卫生间的通风系统、镜子和窗户清洁(即潮湿、模糊的视野)、干衣机、音乐或其他潮湿的受影响的仪器(内部干燥调节)、计算机冷却、空气冷热循环以及所有其他被内部应用空气循环系统。此外，安装在可在室内作为除湿系统应用液滴去除的地方，例如在示例中，安装在厨房、浴室、洗手间、潮湿的储藏室和爬行场所(地窖、地下室和阁楼、储藏棚、盒子和地方)、车库和车间。

附图详细描述

现在参照附图，在附图中，示出了颗粒收集器的几个示例性实施例。图1示出了根据本公开的实施例的颗粒收集器。颗粒收集器1包括驱动单元3，该驱动单元3被配置为由于由驱动单元3内的被电离的颗粒流所产生的滑流，来使来自周围被污染的空气的颗粒2被吸入颗粒收集器(如箭头12所示的流动)，这将在下文中进行解释。颗粒收集器1还包括连接至驱动单元3的收集单元4(包括其中收集单元4与驱动单元3一体形成的实施例)。收集单元4被配置为允许收集颗粒2中的至少一部分并且将已从中去除了被收集的颗粒的(清洁的)空气排出(由箭头13所示)。在驱动单元3的驱动腔室10中产生颗粒流。在驱动腔室10中，例如通过将导电驱动元件6安装到驱动腔室10的壁24的内表面，来安装有多个导电驱动元件6。优选地，壁24由绝缘材料制成。导电驱动元件布置在绝缘驱动腔室壁24的内表面处，或者布置成穿过驱动腔室壁24，使得导电驱动元件6的自由外端在驱动腔室10内部延伸。

驱动元件6连接至电压供给5(voltage supply)的电压源。电压源被配置为向所有导电驱动元件6施加正高压。为此，所有导电驱动元件6被电互连，以使得施加至导电驱动元件中的一者的电压也被施加至其他的导电驱动元件。在其他实施例中，导电驱动元件6单独地连接到电压源。

由于施加到导电驱动元件6的电压，在驱动腔室10内，更具体地在腔室壁内限定的颗粒流动空间内产生了电场。电场使颗粒从驱动腔室10朝着收集单元4的收集腔室11加速，这将在下文中进行解释。

连接至正电压源的导电驱动元件6上的净电荷驻留在其外表面上，并且相比在导电驱动元件的其余部分，而趋向于更多地集中在导电驱动元件(尖锐的)自由端周围。由导电驱动元件6上的电荷所产生的电场足够大(即，当电场强度超过电晕放电起始电压(corona discharge inception voltage，CIV)梯度时)，以使自由端周围的气体(例如，被污染的空气)电离。附近空气分子的电离导致产生被电离的空气分子，该电离的空气分子具有与导电驱动元件6的带电自由端的极性相同的正极性。随后，导电驱动元件6将排斥带正电的离子云，并且由于离子自身之间的排斥，离子云将开始膨胀。离子的这种排斥产生从导电驱动元件6的自由外端发出的电“风”(也称为“电晕风”或“离子风”)。

电晕放电将气体分子电离，并使被电离的气体分子在所施加的电场的方向上移动。此外，被电离的气体分子不仅被开始运动，而且被电离的气体分子还夹带了其他颗粒(例如，非常小的颗粒，例如直径在1nm-10nm范围内)。这导致气体分子在由导电驱动元件6的在驱动腔室10中的分布以及它们相对于驱动腔室壁的单独定向所确定的方向上流动。不需要额外的装置(诸如机械泵)来产生气体流，并且颗粒收集器需要很少的维护并且不易磨损。

此外，当导电驱动元件6沿假想的螺旋形线沿驱动腔室壁24的内表面定位时，气体不仅将沿着轴向方向前进，而且被迫旋转。轴向移动与旋转移动相结合，导致气体以大体上螺旋形和/或盘旋形的运动朝着驱动单元3的排出端部流动。气体的这种旋转移动使得可将颗粒2与气体中的其余部分分离，类似于分离旋风分离器(separation cyclone)的操作。

参照图1，电压供给5由控制器30连接和控制。控制器30还可连接至检测器单元31，该检测器单元31可包括多个检测器。检测器单元31的检测器的数量可包括例如电流表、颗粒检测器、湿度传感器、压力传感器、温度传感器、磁场传感器中的至少一者。虽然检测器单元31被示出为单独的单元，但是检测器单元31也可与控制器30合并在一个单元中。此外，在电流表的情况下，检测器单元31也可被包括在从电压供给5至多个导电驱动元件6的连接中。电流表可测量颗粒收集器1中使用的电流总量，控制器30可使用该信息来控制电压源5，从而相应地控制驱动腔室10内的电场。

由于多个导电驱动元件6在驱动腔室10中的定向和布置，颗粒流动空间内的颗粒流在驱动单元3中限定大体上盘旋形和/或螺旋形的运动，这将在图7A至图7B和图8A至图8C中进行解释。因此，从驱动腔室10到达收集腔室11的颗粒流也具有大体上盘旋形和/或螺旋形的运动。然而，由存在于驱动腔室10中的多个导电驱动元件6产生的电场在收集腔室4的径向上不能提供足够大的电场分量，来完全抵消由颗粒流的盘旋形和/或螺旋形运动所产生的离心力。因此，颗粒2将碰撞收集腔室11的壁的内表面并被收集在收集腔室11的壁的内表面上。

在图2中，示出了根据本公开的实施例的收集腔室11的壁的内表面8。一个或多个导电构件7可形成在收集腔室的壁上，或者如图2中所示，收集腔室11的整个壁形成导电构件。在任何情况下，内表面8包括导电表面7，该导电表面7连接至电压源，该电压源提供的电势比由供电电压5施加至驱动单元3的导电驱动元件6的正电势低。可替代地，导电表面7可直接接地(即通地)。在本公开的实施例中，来自多个导电驱动元件6的电场线可被指向收集腔室4的(一个或多个)导电表面7处，从而使带电颗粒朝着收集腔室4的(一个或多个)导电表面7加速。在(稍后将描述的)其他实施例中，电场线(也)指向布置在驱动单元3的驱动腔室19内部的一个或多个(另外的)导电构件。

收集腔室11的导电材料可以是电阻率为1×10^-7Ω/m(在20℃下)或更小的材料。优选地，电阻率为1×10^-9Ωm(在20℃下)或更小的材料，更优选地，电阻率为1×10^-8Ωm(在20℃下)或更小的材料，甚至更优选地，电阻率为1×10^-7Ωm(在20℃下)或更小的材料。

图3示出了根据本公开的实施例的系统，其中，多个颗粒收集器1串联布置。在该图中，颗粒收集器被示出为以一定的相互距离布置，但是在实践中，颗粒收集器也可彼此连接。在该系统中，第一颗粒收集器1可收集被污染的空气中的颗粒2中的大部分，第二颗粒收集器1可进一步收集剩余的颗粒的一部分。

图4是驱动腔室11的示意性顶视图，其中，内壁包括多个导电驱动元件6。导电驱动元件6以在轴向方向上相互间距离为χ设置在驱动腔室10的内表面中或表面上，并且穿过驱动腔室壁24伸入驱动腔室颗粒流动空间中。多个导电驱动元件6被布置和定向成使得颗粒流呈大体上盘旋形和/或螺旋形运动。此外，多个导电驱动元件6和施加至其上的正高压被配置为在驱动腔室颗粒流动空间中引起电晕效应。所产生的电晕使被污染的空气中的颗粒2基本上电离，优选地完全电离。在本公开的一些实施例中，对于驱动腔室10中的多个导电驱动元件6，在轴向方向上的相互间距离χ可以是恒定的。在本公开的其他实施例中，在驱动腔室10中的多个导电驱动元件6之间，在轴向方向上的相互间距离χ可以变化，例如，χ可在颗粒流的下游增加，和/或χ可在颗粒流的下游减小。但是，存在最小的相互间距离χ_min，为此，所有χ必须大于或等于χ_min。最小的相互间距离χ_min使得在χ_min以下，驱动元件之间将发生放电。例如，χ可在颗粒流的下游增加，从而减少产生颗粒流所需的驱动元件的数量。然而，优选保持恒定的χ，因为由此在驱动腔室的轴向方向上实现了对颗粒2的恒定加速。

驱动腔室的壁的内表面可由绝缘材料制成，绝缘材料例如为聚四氟乙烯(PTFE)或特氟隆。驱动元件可由尖锐的元件(诸如销、针、尖的物体等)形成，并且可由已穿透驱动腔室的绝缘壁的导电材料(例如金属(黄铜))制成(参见图10A和图10B)。由于尖锐的驱动元件上的电晕放电以及由于尖锐的驱动元件以盘旋形形态布置或以多个连续的圆形布置的布置，污染物颗粒2(诸如固体颗粒和/或液滴)将根据电离时的电场线加速并被引导，产生固体颗粒和/或液滴的高速涡旋移动。涡旋湍流中的固体颗粒和/或液滴的速度与附着至尖锐的驱动元件上的高电压电平相关，因此与电晕放电的强度相关。

图5和图6是根据另一实施例的颗粒收集器的驱动单元3的驱动腔室10的示意性顶视图和侧视图。在该实施例中，导电构件布置在驱动腔室10内部。更具体地，如果驱动腔室10(和收集腔室11)是管(其中，管的横截面可呈圆形、椭圆形或多边形形状，例如圆筒形管)，则导电构件也可以是管。管状导电构件可同心地布置在管状驱动腔室10内部，并且具有比驱动腔室10的直径小的直径。导电构件可以是导电管状网9，如图5中所示。在优选的实施例中，相对于驱动腔室10的直径，导电构件9的直径使得从驱动腔室壁24的内表面径向地向内延伸的导电驱动构件6(的自由端)在驱动腔室壁24与导电构件9之间的空间中延伸。更具体地，导电驱动构件6的自由端与导电构件9之间的径向距离可小至χ_min的量级(或更大)，以防止驱动构件6与导电构件9之间的放电，同时仍可实现特别强且均匀的电晕。由于是管状的，例如圆筒形形状的驱动腔室10，相比于当驱动腔室10具有非旋转对称的截面(诸如，例如，三角形截面)时，该驱动腔室10内的电场可相对均匀。因此，由于驱动腔室10内的相对均匀的电场，在大体圆筒形的驱动腔室10中可更容易地防止驱动元件6之间的放电。

驱动腔室10中的导电构件9接地(即，通地)或可耦合至电压源，例如电压供给5的电压源，该电压源提供的电压低于施加至导电驱动元件的电压。可替代地，导电构件9可直接连接至地。导电构件9被布置为用以增加驱动腔室10中的电晕效应、降低朝着其他表面(诸如，驱动腔室或收集腔室的壁或相邻的导电驱动元件)的不希望有的放电的风险，和/或用以提供更均匀的电场。这可增加颗粒2在驱动单元3内部经历的加速，从而提高颗粒收集器的分离效率。此外，导电网9可保护多个导电驱动元件6免受可能对多个导电驱动元件6的布置有害的对象或大颗粒的影响。导电网9还可被配置为使得例如，通过具有大体敞开的结构(空气流可相对不受阻碍地流动通过该大体敞开的结构)，来使驱动腔室10内对空气流的阻力最小化。因此，空气流可流动穿过驱动腔室10内的流动空间的绝大部分。

图7A示出了驱动腔室10内的盘旋形颗粒流14(即，其中颗粒以距驱动腔室10的轴线的中心的绝对径向距离改变的方式流动穿过驱动腔室10)，并且该盘旋形颗粒流14被配置为使带电颗粒2(即，固体颗粒和/或带电液滴)沉降。由于驱动腔室10内产生了空气流，因此颗粒2将朝收集腔室11加速，即，沿着驱动腔室10的轴向方向和径向方向两者加速。类似于图7B中的螺旋形运动15，来自驱动腔室10的空气流将以大体上螺旋形的运动(即，与驱动腔室10的轴线的中心保持基本恒定的绝对径向距离)的方式流入收集腔室11。然而，由于作用在污染颗粒上的离心力和/或电场力，污染颗粒将与收集腔室11的收集表面8碰撞。

取决于颗粒的速度，颗粒2可根据如图7A中所示在驱动腔室10内大体上盘旋形的轨迹流动，或者根据如图7B中所示在驱动腔室10内大体上螺旋形的轨迹流动。如果颗粒的速度低，则它可能被在驱动腔室10的径向方向上的分量加速。如果颗粒的速度保持恒定(即，由于驱动腔室10内的电场引起的向心力等于作用在颗粒上的离心力)，则颗粒可在驱动腔室10中以大体上螺旋形的轨迹移动。因此，示例性颗粒可呈如下轨迹：当颗粒已被驱动腔室10内的电场加速时，该轨迹首先大体上呈盘旋形，然后大体上呈螺旋形。

由于向心力而引起的颗粒2的涡旋向外移动与作用在所有这些颗粒2上的电场力汇合。带电的固体颗粒2和/或带电的液滴将通过共价化学键沉降，而其他颗粒2和/或液滴与带电的汇合，并通过撞击而沉降。更具体地，在与收集单元的收集腔室的表面撞击时，颗粒2可能由于化学键合、通过范德华力固定的共价键合或由于撞击本身而引起的键合而沉降。仅少量的颗粒2和/或液滴可逃逸，优选地，没有颗粒2和/或液滴可逃逸。收集颗粒的这一阶段可能已经导致总计等于或大于1nm的固体颗粒2和/或液滴数量减少了99％。

随着时间的流逝，收集腔室11可能塞满了固体颗粒2和/或液滴，该固体颗粒2和/或液滴可通过将它们刮除或通过(例如，在任意类型的酒精中)溶解沉降的颗粒并将其洗掉而容易地去除。在通过液体清洁的情况下，收集腔室11可倾斜向下定向，以使得被收集的液体可在自然重力的作用下流出，并且可在沟槽中被收集到任意容器或桶中，如将结合图12进一步解释的。

在另一实施例中，颗粒收集器可用于清洁可溶解在水性环境中的各种类型的气体。可通过以下方式在气体中产生液滴：使用喷洒系统(例如，高压喷嘴系统)以产生微小的水滴，或者使用电喷洒系统，以用于将水滴喷洒到空气传播的微小液体滴中，或者使用产生小水滴的任意其他蒸发系统。在收集水滴的情况下，优选在类似网的布置或固体导电板材料上捕获水滴。为此，雨水或薄雾可能会由于重力而沉积在表面上并流动离开表面，从而冲洗掉导电表面或网。收集表面的内表面相对于重力方向以0°-90°的角度布置，优选地在大约10°至80°之间布置。所有的水和液体污染物可被收集在收集单元下方，例如在沟槽中。代替沟槽或在沟槽内，可提供吸附剂，例如木炭、沸石、多孔氧化铝等，以用于吸附由于重力而向下移动的液滴或化学液体。因此，在具体的实施例中，提供了一种吸附剂，该吸附剂被布置为收集至少一部分的颗粒2或者在液态水中或任意其他化学液体或水中溶解的污染物。如果吸附能力降低太多，则可用另一吸附剂代替这样的吸附剂。例如，可定期进行这样的操作。

为了诱导以大体上盘旋形和/或螺旋形运动的颗粒流，多个导电驱动元件6可沿驱动腔室壁24的内表面以螺旋形形状布置，如图8A所示。在该图中，示出了轴向方向X和与其垂直的方向(Y、Z)。多个导电驱动元件6的定向通过图8B(XZ平面)和图8C(YZ平面)来进一步说明。多个导电驱动元件6相对于驱动腔室壁24的内表面的法线16成一角度布置。该角度可分解为两个正交角θ和

其中，

是在驱动腔室10的轴向方向X上导电驱动元件6相对于驱动腔室壁24的内表面的法线16所成的角度。另一角度θ在驱动腔室10的径向方向上。

图8B示出了导电驱动元件6相对于XZ平面中的法线16所成的角度

由于导电驱动元件6的该角度，颗粒2基本上被在收集腔室11的方向上加速。优选地，所有导电驱动元件6以相同的角度

布置。在一些实施例中，导电驱动元件6之间的角度

可不同。例如，由于颗粒流在轴向方向X上被充分地加速，因此角度

可在收集腔室11的方向上减小，而使得在方向X上的速度不必被增加。角度

的值在

的区间内，优选地在

的区间内，更优选地，角度

等于45°。

图8C示出了导电驱动元件6相对于YZ平面中的法线16所成的角度θ。由于导电驱动元件6的该角度，颗粒2在YZ平面中在大体上圆形的方向上被加速。优选地，所有导电驱动元件6以相同的角度θ布置。角度θ的值在1°＜θ＜89°的区间内，优选在10°＜θ＜80°的区间内。

在图8B中，还示出了导电驱动元件6从驱动腔室壁24伸入到驱动腔室颗粒流动空间中的部分的长度L。该长度L可能不对应于导电驱动元件6的总长度，因为导电驱动元件6的一部分延伸穿过驱动腔室壁24。

使导电驱动元件6定向的角度θ和

使得颗粒2在驱动腔室10中被加速，以用于诱导以大体上盘旋形和/或螺旋形运动的颗粒运动。此外，L、θ和

的值优选使得两个相邻的导电驱动元件6的电晕重叠，使得电晕区域在整个驱动腔室10中是连续的，而不会引起驱动元件6向驱动腔室10和/或另一驱动元件6的表面放电。

图8B和8C还示出了作用在颗粒收集器1的驱动腔室10中的被电离的颗粒2上的主要力。虽然被电离的颗粒2被包含在驱动腔室10的颗粒流动空间内，但是两个主要力(电场力F和离心力Fc)与颗粒流中的被电离的颗粒2相关。电场力F可分解为三个正交向量Fx、Fy和Fz。电场力的轴向分量Fx使被电离的颗粒向收集腔室11的方向加速。力向量Fy和Fz至少部分地抵消了径向指向的离心力Fc。如果存在作用在颗粒上的向外指向的净径向力，则颗粒将向驱动腔室壁24传播。因为增加了与导电驱动元件6的接近度，由于由导电驱动元件6感应的电场，距驱动腔室壁24较近的被电离的颗粒通常将承受较大的电场力F。优选地，在驱动腔室10的颗粒流动空间内，电场力的向内指向的径向分量与径向向外指向的离心力Fc之间达到平衡。未被电离(或部分被电离)的颗粒2由于缺少作用在其上的(足够的)电场力，将径向向外流动。结果，这些颗粒2朝着由多个导电驱动元件6产生的电离电晕移动。在电离电晕的附近，这些颗粒2可以被电离，优选地被完全电离。

在收集腔室11中，由于以下事实而改变了径向力之间的平衡：电场力F的径向分量显著减小，优选地接近于0N，甚至更优选地由于不存在多个导电驱动元件6和存在收集腔室11的导电表面7而被反向。因此，这些被电离的颗粒2在径向方向朝着收集表面8行进并与收集腔室11的收集表面8碰撞。

图9是驱动腔室及其中心轴线的图示，在该图中还示出了多个驱动元件6的螺旋形轨迹。多个导电驱动元件6中的每个突出穿过驱动腔室壁24并连接至电压源5。如从图9可看出，多个导电驱动元件6可布置在驱动腔室10上，以实现对被电离的颗粒2的相对恒定的加速。由于导电驱动元件6和施加至其的电压而产生的电晕效应，大量的导电驱动元件6还可确保足够大的电离区域。

图10a是如图9中的驱动腔室10的放大截面图，示出了多个导电驱动元件6布置成螺旋形轨迹，同时使驱动腔室壁24突出。该图示出了导电驱动元件6在所示的任一侧相对于驱动腔室壁24具有相同的取向。在图10B中，还示出了这些导电驱动元件6连接至电压源5。所有导电驱动元件6连接至一个电压供给5。因此，所有导电驱动元件6上的电压因此基本上相同。

导电驱动元件6的示例性形状为如图10B中的销。导电驱动元件6可呈带有尖端的其他销状或针状形状，以用于在驱动腔室10的颗粒流动空间内引起电晕效应。导电驱动元件6由具有低电阻率的导电材料制成，该低电阻率的导电材料例如为诸如金、银、铜、黄铜(messing)的金属或其他导电材料。

图11是驱动腔室10和经由驱动腔室10的出口17连接至驱动腔室的收集腔室11的图示。驱动腔室10包括入口18。入口18可包括用于防止不期望的对象进入颗粒收集器1的网状物。可通过使用附接至两个腔室的连接侧的至少两个法兰将驱动腔室10安装至收集腔室11。这些法兰可使得能够相对容易地进行收集腔室11与驱动腔室10的安装和拆卸，这对于例如维护和/或清洁颗粒收集器，和/或更具体地，维护和/或清洁收集腔室11是有利的。可利用例如一组螺栓(为简单起见，未示出)将法兰安装至彼此。

根据本公开的一些实施例，布置在驱动腔室10与收集腔室11之间的驱动腔室10的出口17可包括导电构件，这样的导电构件例如可以是如图11中所示的网状物。由多个导电驱动元件6产生的电场可指向该导电构件。可替代地，或者另外地，出口17可包括其上具有涂层的网状物，例如，呈钛或二氧化钛的金属涂层的形式的网状物，当利用UV光谱照射时，该金属涂层用作NOX催化层，以增强NOX向无害的二氧化氮的化学转化。可替代地，出口17可提供从驱动腔室10的颗粒流动空间至收集腔室11的颗粒流动空间的不受阻碍的通道。

图12是颗粒收集器1的示意图，该颗粒收集器1布置为相对于地球表面的法线19成角度γ。为了清洁收集腔室11的收集表面8，颗粒收集器1可被配置为允许水20进入颗粒收集器1。颗粒收集器可以以0°＜γ＜90°的角度布置，以允许例如雨水进入颗粒收集器1，并因此通过从收集表面8冲洗被收集的颗粒2中的至少一些来至少部分清洁收集表面8和/或驱动腔室10。

在这样的实施例中，可能优选的是将驱动单元3布置成位于比收集腔室4更高的位置，因为所产生的颗粒流可能如此而在重力方向上。此外，被电离的颗粒和/或污染颗粒可能经常位于地球表面的上方。因此，优选使驱动单元3的入口略较高。此外，如果通过例如雨水20来清洁颗粒收集器，则被收集的颗粒可留在收集腔室4中，如此，如果这些被收集的颗粒被雨水20释放，则优选的是，这些释放的颗粒在不穿越驱动单元3的情况下被从颗粒收集器中排出。

图13是具有可用于清洁收集腔室11的各种工具的颗粒收集器1的示意图。例如，该工具可包括用于从收集腔室10的收集表面8刮除被收集的颗粒物质的刮除装置21。手动刮除装置21仅用于说明目的；刮除装置不限于所示出的工具。刮除装置也可作为用于从颗粒收集器1去除颗粒物质的自动刮除机构而被并入。

其他清洁工具22可包括例如清洁液，该清洁液可被以各种方式施加至收集腔室10的收集表面8。图12中所示的示例是具有擦拭装置22的基于醇的溶液。该擦拭装置可以是用于从收集腔室11去除被收集的颗粒物质的织物。

在一些实施例中，收集腔室11可以是模块化腔室，该模块化腔室可从颗粒收集器1的其他部件上拆卸下来，以被没有被收集的颗粒物质的收集腔室11所代替。进行替换的收集腔室11可以是新的收集腔室11，或是清洁之后的同一收集腔室11，在进行所述清洁时，该收集腔室被从颗粒收集器1的其他部件上拆卸下来。

图14是根据本公开的另一方面的颗粒收集器1的示意图。颗粒收集器还可使用导向单元23，该导向单元被配置为产生电场，该电场从而能够使在一定距离处的颗粒2雾化并将这些颗粒2朝着驱动单元引导。该导向单元23例如包括EP1829614(其通过引用而并入本文)中公开的第一表面。对在一定距离处的颗粒2进行雾化要求导向装置23的表面也连接至供电电压5、控制器单元30和/或检测器单元31。施加至导向单元23的表面的电压是被施加至导电驱动元件6的较高的电压，从而将被正电离的颗粒引导到驱动腔室10。

导向单元23可布置在地质对象的另一侧而不是驱动单元3和收集单元4上。因此，在这样的地质对象上方的被污染空气中的颗粒2可被雾化和/或被朝着驱动单元3加速以被收集在颗粒收集器1中。这样的地质对象可以是例如道路、铁路、矿山(入口)、公园、露天场所和/或其他(公共)空间。

图15A和15B示出了颗粒收集器1的性能的测试结果。图15A示出了在污染空气41中的颗粒分布，并且图15B示出了在激活了颗粒捕集布置之后的已清洁的空气42的颗粒分布。使用32通道空气动力学颗粒计数器(TSI冷凝颗粒计数器3775N-丁醇驱动)测量空气中的颗粒分布，以用于测量具有动力学直径在4nm-20μm的范围内的空气传播的颗粒的颗粒分布。将具有直径在4nm-523nm的范围内的颗粒归入图15A和15B中用“<523”表示的第一通道内。

图15A示出了在激活颗粒收集器1之前在污染空气41中的颗粒分布。颗粒的尺寸分布(x轴)被给出为以μm为单位在523nm-20μm的范围内，并且作为颗粒数计数(y轴)，在每立方厘米空气0到140.000颗粒之间的范围内。图15B以与图15A相同的比例(x轴)示出了粒径，但是颗粒数计数(y轴)在每立方厘米空气0至100个颗粒之间的范围内。如从图15A和图15B之间的差异可看出的，颗粒的数量大大减少。这些测试结果表明污染颗粒减少了99％以上。

虽然出于清楚理解的目的已经通过图示和示例的方式详细地描述了前述发明，但根据本发明的教导，对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，在不背离所附权利要求书的范围的情况下可对其进行某些改变和修改。

Claims (37)

1.一种用于从被污染的气体中收集颗粒的颗粒收集器，所述被污染的气体诸如为被污染的空气，所述颗粒收集器包括：

驱动单元，其用于使所述被污染的气体运动，所述驱动单元包括驱动腔室、电压源、一个或多个导电驱动元件，所述驱动腔室具有用于接收被污染的气体的入口，所述电压源用于产生正电压，其中，所述电压源连接至所述导电驱动元件，以用于向所述驱动元件施加所述正电压；

收集单元，其用于从移动的被污染的气体中收集颗粒，所述收集单元包括收集腔室，所述收集腔室与所述驱动腔室连接以用于接收所述移动的被污染的气体，所述收集腔室包括一个或多个收集表面以用于将来自被接收的所述移动的被污染的气体中的颗粒收集在其上；

其中，所述驱动腔室包括驱动腔室壁，所述驱动腔室壁限定了用于所述被污染的气体的驱动腔室流动空间，其中，所述导电驱动元件分布在所述驱动腔室流动空间中和/或相对于所述驱动腔室壁定向，以电离所述被污染的气体中的颗粒，并诱导被电离的颗粒在所述驱动腔室流动空间中朝着所述收集单元以大体上盘旋形和/或螺旋形的运动流动。

2.根据权利要求1所述的颗粒收集器，其中，所述驱动单元被配置为，由于所述被电离的颗粒在所述驱动腔室中被诱导流动而经由所述入口吸入周围的被污染的气体。

3.根据权利要求1或2所述的颗粒收集器，其中，在所述收集腔室中没有驱动元件，以允许颗粒被收集在所述收集腔室的所述一个或多个收集表面上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的颗粒收集器，包括布置在所述驱动单元的所述驱动腔室中的至少一个第一导电构件和布置在所述收集单元的所述收集腔室中至少一个第二导电构件，其中，向所述第一导电构件和/或所述第二导电构件施加的电压低于所述正电压。

5.根据权利要求4所述的颗粒收集器，其中，所述第一导电构件是同中心地安装在所述驱动腔室中的导电网，其中，所述导电构件被配置为增加所述驱动腔室内部的电场电势的梯度，以用于增强由于一个或更多个导电驱动元件引起的电晕效应。

6.根据权利要求4或5所述的颗粒收集器，其中，所述驱动腔室和所述第一导电构件两者呈圆筒形形状，其中，所述第一导电构件同中心地布置在所述驱动腔室内部，并具有比所述驱动腔室小的直径，使得所述导电驱动元件在所述驱动腔室的圆筒形壁与所述第一导电构件之间的空间中延伸。

7.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒收集器，其中，所述驱动元件布置为当被施加正电压时，提供作用在所述驱动腔室中的颗粒上的电场力，所述电场力具有：轴向力分量，其用于使所述颗粒在所述收集单元的方向上移动；和径向向内的力分量，其形成作用在所述颗粒上的向心力，以用于使移动的颗粒保持为螺旋形运动。

8.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒收集器，其中，所述收集腔室包括清洁气体出口，所述清洁气体出口布置为用于排出已基本上去除了所收集的颗粒的气体。

9.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒收集器，其中，所述驱动腔室和所述收集腔室在空间上是分开的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒收集器，其中，所述驱动腔室和所述收集腔室直接彼此相邻。

11.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒收集器，其中，所述驱动腔室和所述收集腔室经由过渡元件连接。

12.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒收集器，其中，所述收集腔室包括与所述驱动腔室流动空间连接的收集腔室流动空间，其中，优选地，所述驱动腔室流动空间和所述收集腔室流动空间被配置为允许所述颗粒在所述收集腔室流动空间中流动，以至少部分地以大体盘旋形和/或螺旋形的运动在所述驱动腔室流动空间内部流动。

13.根据权利要求12所述的颗粒收集器，其中，所述收集腔室和所述驱动腔室两者呈具有基本上相同的直径的基本上圆筒形的形状，其中，所述收集腔室优选地与所述驱动腔室对齐。

14.根据权利要求12所述的颗粒收集器，其中，所述收集腔室和所述驱动腔室两者呈基本上圆筒形的形状，其中，所述收集腔室的直径略大于所述驱动腔室的直径，所述收集腔室和所述驱动腔室两者具有基本上相同的直径，其中，所述收集腔室优选地与所述驱动腔室对齐。

15.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒收集器，其中，所有的所述一个或多个导电驱动元件连接至一个电压源。

16.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒收集器，其中，所述收集腔室包括收集腔室壁，所述收集腔室壁限定了与所述驱动腔室流动空间连接的收集腔室流动空间，其中，所述收集腔室壁的至少一部分形成至少一个第二导电构件，其中，所述第二导电构件接地或者连接至第二电压源，所述第二电压源被配置为向所述导电构件施加第二电压，所述第二电压低于施加至所述一个或多个导电驱动元件的电压。

17.根据权利要求16所述的颗粒收集器，其中，所述第二电压是负电压。

18.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒收集器，其中，所述收集腔室的所述内表面包括用于将所述颗粒收集在其上的一个或多个收集表面，其中，所述收集表面在所述收集腔室的内周面上具有大体均匀的电荷分布。

19.根据权利要求18所述的颗粒收集器，其中，所述收集腔室壁包括交替地布置的第二导电构件和绝缘构件，所述第二导电构件和所述绝缘构件在轴向方向上交替，其中，所述构件中的每个在所述收集腔室的内周面上具有大体均匀的电荷分布。

20.根据权利要求19所述的颗粒收集器，其中，施加至所述收集腔室中的至少两个导电构件的第二电压在所述导电构件之间是不同的。

21.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒收集器，其中，所述导电驱动元件安装至所述驱动腔室壁，并分布在沿所述驱动腔室壁的内表面的位置处，以使所述被污染的气体中的颗粒以所述大体盘旋形和/或螺旋形的运动移动。

22.根据权利要求21所述的颗粒收集器，其中，所述导电驱动元件在所述驱动腔室的流动空间中沿螺旋形轨迹定位。

23.根据权利要求21或22所述的颗粒收集器，其中，所述导电驱动元件沿所述驱动腔室壁的内周面按照重复的图案定位。

24.根据前述任一权利要求所述的颗粒收集器，其中，所述一个或多个导电驱动元件中的每个呈尖锐的形状。

25.根据前述任一权利要求所述的颗粒收集器，其中，所述导电驱动元件相对于所述驱动腔室壁的内表面按照图案倾斜地定向，以使所述被污染的气体中的颗粒以所述大体盘旋形和/或螺旋形的运动移动。

26.根据权利要求25所述的颗粒收集器，其中，倾斜地定向的所述导电驱动元件布置为相对于所述驱动腔室壁的内表面成一角度，所述角度能够被分解为两个正交角度，其中，第一角度(θ)在所述驱动腔室的径向方向上相对于所述驱动腔室壁的表面的法线成0°-89°，其中，第二角度

在所述驱动腔室的轴向方向上相对于所述驱动腔室壁的所述表面的所述法线成0°-89°。

27.根据前述任一权利要求所述的颗粒收集器，其中，所述收集单元被配置为收集由于颗粒流动中的颗粒的惯性和/或作用在所述颗粒上的电场力而从所述驱动单元到达的移动的颗粒。

28.根据前述任一权利要求所述的颗粒收集器，其中，所述导电驱动元件、所述电压源和导电构件被配置为通过产生一个或多个电离电晕来电离颗粒，和/或通过使来自所述导电驱动元件的所述被电离的颗粒加速来产生从所述导电驱动元件的末端发出的电风。

29.根据前述任一权利要求所述的颗粒收集器，其中，所述驱动腔室壁由基本上绝缘的材料制成。

30.根据前述任一权利要求所述的颗粒收集器，还包括用于朝着所述驱动单元引导颗粒的导向单元，其中，所述导向单元优选地包括导电表面，其中，导向的所述导电表面连接至电压源，并且其中，较高的正电压施加至导向的所述导电表面，其中，所述较高的正电压是比施加至所述导电驱动元件的所述正电压高的电压。

31.根据前述任一权利要求所述的颗粒收集器，其中，从被污染的气体去除的颗粒包括煤尘、细粉尘、超细粉尘、水和化学液滴、薄雾、细菌、病毒、孢子、花粉、烟尘、石英、石棉、金属颗粒、元素碳和/或排放气体颗粒和/或具有直径的数量级为纳米的其他颗粒中的一者或多者。

32.根据前述任一权利要求所述的颗粒收集器，还包括用于控制一个或多个电压供给的控制器单元。

33.根据前述任一权利要求所述的颗粒收集器，还包括检测器单元，其中，所述检测器单元包括连接至所述导电驱动元件的电流表、颗粒检测器、存在检测器和/或环境检测器。

34.根据权利要求32和33所述的颗粒收集器，其中，所述控制单元连接至所述检测器单元，并被配置为基于来自所述检测器单元的数据来控制所述电压供给。

35.一种包括至少两个根据前述权利要求中任一项所述的颗粒收集器的系统，其中，两个或更多个颗粒收集器串联布置。

36.一种通过操作根据权利要求1-34中任一项所述的颗粒收集器来从气体中去除颗粒的方法，所述气体例如为被污染的空气。

37.根据权利要求34从气体中去除颗粒的方法，所述方法应用在清洁室内和/或室外环境的被污染的空气中，诸如应用在处于以下项中的任一者中的区域和/或在以下项中的任一者附近的区域：交通系统；沿道路、高速公路、交通路口、停车场、停车位、自动车辆、学校、户外校园、房屋、工厂、航运业船舶、转运区域、干湿散装物料转运、存储区域、港口、机场、飞机、码头、办公室和/或这些区域的室外环境的交通中的除雾系统；和/或诸如应用在以下项中的区域和/或在以下项附近的区域：采矿、建筑工地、实验室、技术和/或医疗清洁室、医院、托儿所、重症监护室、手术室、如工厂的工业厂房区域，和/或所述方法应用为气体流中的纳米级颗粒和/或较大颗粒的空气清洁系统，和/或所述方法与微滴组合作为气体洗涤器。

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