IPC分类号：
A47L9/16 | B04C3/04 | B04C5/28
发明人：
U·梅拉夫 | I·比兰 | S·珀尔-奥尔施万 | S·布朗
摘要：
本公开的一些实施例涉及一种空气/流体过滤设备，包括初始配置在一个或多个平面部分中的材料片材、布置在所述片材上并配置成允许所述空气/流体流经所述片材的多个组织的空气/流体出口以及与所述片材连接的多个旋风室，每个室包括旋风结构，所述旋风结构包括圆锥体或圆柱体中的至少一个，所述圆锥体或圆柱体包括切向入口和连接到所述片材的所述旋风结构端部处的旋风出口。在一些实施例中，每个切向开口与所述片材的相应进入空气/流体侧处于空气/流体连通，并且每个旋风出口连接到所述片材的相应出口。
技术问题语段：
如何在室内通风系统中有效地过滤细颗粒，同时避免过滤器需要经常更换和失效的问题，以及避免干式旋风分离器只能分离相对较大的颗粒的问题，以及避免旋风式洗涤器需要恒定的水流量供应和排水的问题。
技术功效语段：
本发明提供了一种涡旋设备，可以从气流中分离颗粒的系统和方法，以及制造方法。该涡旋设备包括多个小型涡旋分离器，可以组装在一起形成一个大的阵列，以处理任何期望的气流。每个小型涡旋分离器具有在正常流动和压力下增大离心力的设计，可以从气流中去除非常小的颗粒。此外，该专利文本还提供了一种制造方法，可以使用三维打印和真空/热成形等技术来制造小尺寸的涡旋分离器设备。该涡旋分离器设备可以应用于各种HVAC系统的过滤器/滤筒，并且可以单独使用或与多个旋风分离器设备组合使用。此外，该专利文本还提供了一种用于空气过滤器设备的系统和方法，以及制造方法。
权利要求：
1.一种空气/流体过滤设备，包括：
材料片材，所述材料片材由多层形成；
多个组织的空气/流体出口，所述多个组织的空气/流体出口布置在所述材料片材的一侧上并且配置为允许空气/流体流经所述材料片材；
多个旋风室，所述旋风室连接至所述材料片材，每个旋风室包括旋风结构，所述旋风结构包括圆锥体、圆柱体或圆柱对称结构中的至少一个，包括切向入口以及所述旋风结构的端部处的旋风出口，所述旋风出口形成或连接到所述材料片材的一侧上的相应空气/流体出口；
其中：
每个切向入口与材料片材的进入空气/流体侧处于空气/流体连通，以及
所述材料片材是折叠的或打褶的，使得切向入口和旋风出口位于材料片材的相反侧。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述旋风出口包括同心出口。
3.如权利要求1所述的设备，还包括多个容器，每个容器配置用于与相应的旋风结构空气/流体连通。
4.如权利要求3所述的设备，其中每个容器配置为相应旋风结构的顶点部分的至少一部分。
5.如权利要求3所述的设备，其中每个旋风结构内的所述空气/流体流配置为在气流通过所述结构期间形成至少一个涡旋。
6.如权利要求5所述的设备，其中形成的涡旋配置为从所述空气/流体流中分离颗粒。
7.如权利要求6所述的设备，其中分离的颗粒接收在所述容器中。
8.如权利要求1-4中任一项所述的设备，还包括多个中空管和/或锥体，每个中空管和/或锥体在两端都具有开口，并且配置为相对于第一平面或第二平面在垂直的方向上从每个相应的旋风出口延伸到每个相应的空气/流体出口。
9.如权利要求1-7中任一项所述的设备，其中至少所述多个旋风室配置为整体结构。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述整体结构配置为过滤器元件。
11.如权利要求9所述的设备，其中所述整体结构配置为滤筒。
12.如权利要求3-7和10-11中任一项所述的设备，还包括涂层或液体，其中所述涂层或液体布置或引入每个旋风结构或容器内。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述涂层或液体配置为具有粘合性、抗微生物和/或气溶胶性质。
14.如权利要求3-7、10-11和13中任一项所述的设备，还包括过滤颗粒，其中所述过滤颗粒布置或引入旋风结构和/或容器内。
15.一种制造如权利要求1-7、10、11和13中任一项所述的过滤设备的方法，包括形成权利要求1所述的设备。
16.如权利要求15所述的方法，其中每一层通过增材制造来制造。
17.如权利要求16所述的方法，其中增材制造包括三维打印。
18.如权利要求15所述的方法，其中每一层通过平面制造来制造。
19.如权利要求18所述的方法，其中平面制造选自由热成形、真空成形、冲压、薄片处理、光刻、压印、铭印、卷至卷处理或任何其它赋予形貌特征的合适的平面技术。
20.如权利要求15所述的方法，其中多个层同时或随后对齐和连接。
21.一种制造如权利要求1-7、10、11和13中任一项所述的过滤设备的方法，包括将预成型的旋风结构附接到材料片材上，其中所述空气/流体出口既能够预成型，也能够在附接之后制造。
22.一种空气过滤子组件，包括多个如权利要求1-7、10、11和13中任一项所述的空气过滤设备。
23.一种空气/流体过滤设备，包括：
材料片材，所述材料片材由多层形成；
多个组织的空气/流体流入口；
多个组织的空气/流体流出口；
多个室，每个室包括中空的旋风结构，所述旋风结构具有包括同心开口和切向开口的基部部分以及顶部部分；以及
多个容器，每个容器与所述顶部部分处于空气/流体连通；
其中：
每个切向开口与相应的空气/流体入口处于空气/流体连通，
每个同心开口与相应的空气/流体出口处于空气/流体连通,以及
所述材料片材是折叠的或打褶的，使得切向开口和同心开口位于材料片材的相反侧。
24.如权利要求23所述的设备，其中每个容器配置为所述顶部的至少一部分。
25.一种从空气/流体流中分离颗粒的方法，包括：
在结构阵列中组织多个过滤室，所述结构阵列配置有适合用作HVAC或通风系统中的替换过滤器或滤筒的长度、宽度和厚度，并且所述结构阵列使用多个层，
将使用多个层的结构阵列组装成材料片材，
其中：
每个过滤室包括中空旋风过滤器结构，所述中空旋风过滤器结构具有包括同心开口和切向开口的基部部分、顶部部分和容器，
每个切向开口配置为接收室内和/或室外气流的一部分，
旋风部分配置为形成用于气流的至少一个涡旋，所述涡旋配置为分离夹带在气流中的颗粒，
所述容器配置为接收分离的颗粒，
每个同心开口配置为在经受所述至少一个涡旋之后排出气流,以及
所述材料片材是折叠的或打褶的，使得切向开口和同心开口位于材料片材的相反侧。
26.如权利要求25所述的方法，其中每个容器配置为顶部的至少一部分。
技术领域：
[0003]本公开的实施例总体上涉及用于从气体中减少多余颗粒的装置、系统和方法，特别是包括大型阵列的超小型旋风分离器和/或独立的旋风或涡旋式洗涤器的装置和系统以及制造和使用它们的方法。
背景技术：
[0004]过滤空气用于除去细颗粒物对于人类健康、空气质量以及许多工业和机械应用而言是重要的。许多室内通风系统包括空气过滤器，其主要作用是捕获悬浮颗粒并阻止其与气流一起行进。但是，这种过滤器可能需要经常更换，并且可能会随着在介质中捕获的灰尘积累而迅速失效。干式旋风分离器广泛用于从气流中分离相对较大的颗粒，并具有更大的分离和捕获固体颗粒的能力。然而，这样的干式旋风分离器对于从空气中分离非常细的颗粒不是非常有效，因此不能用于过滤室内空气(例如在通风系统中)。旋风式洗涤器是已知的，其使用旋流分离原理与喷水结合来改善捕获细颗粒。然而，这种洗涤器需要恒定的水流量供应以及排水，这极大地限制了这种技术在通风系统中的可用性。
发明内容：
[0005]本发明的实施例提供了涡旋设备，从空气/气流中分离颗粒的系统和相应的方法，以及制造方法。本公开的至少一些实施例的特定特征是大量阵列的小型涡旋/旋风设备(这些用于本主题公开的术语可以互换使用，其也可以称为涡旋分离器)组装在一起以形成可用作过滤器或分离器(例如，以取代目前的过滤器设备，且在一些实施例中，这样的过滤器可以配置为具有与目前使用的过滤器/滤筒相对应的尺寸和形状)的系统(例如，“片材”)来从气流中去除颗粒。根据实施例的这种小型旋风分离器配置为具有在正常流动和压力下大大地增大离心力的设计、尺寸和形状。因此，这样的实施例允许除去气流中夹带的更细颗粒；例如，可以使用公开的实施例去除平均尺寸的范围为约0.01μm到约5μm、约0.1μm到约4.5μm、约0.25μm到约4μm、约0.5μm到约3μm、约0.75μm到约2μm、约1μm到约1.5μm、约1.25μm，包括其间的所有值和子范围的颗粒。
[0006]根据一些实施例，旋风分离器的极端小型化使得能够实现这种小颗粒的分离，导致每个旋风分离器的流量的相应减少。然而，由于典型的通风系统需要非常大的气流，所以根据本公开的实施例的小尺寸旋风分离器设备可以配置和定制成非常大的单体阵列，以处理任何期望的气流(例如根据一些实施例的从几个到数十、数百个和数千到数百万的多个)。此外，这些阵列(如上所表明的)配置为用于各种HVAC系统的过滤器/滤筒。因此，可以使用若干这样的滤筒来处理一定的量。
[0007]可以使用低成本的大规模生产技术(例如三维(3D)打印和真空/热成形)来制造高达数千(或更多)微/小型旋风分离器设备的这种单片阵列。在一些实施例中，这样的阵列可以分层制造——即旋风分离器/涡旋设备的某些部分可以是一层的一部分，然后将这些层装配到结构中。所提到的制造技术可以用来制造这样的层。
[0008]捕获的颗粒可以保存在与旋风分离器连接的容器中。容器可以做得足够大，用于长时间持续地清洁空气。此外，容器可以形成单独的可移动/可更换/一次性的阵列，要么被清洁和返回，要么被新的容器阵列替换，使得可以一次又一次地使用具有阵列式旋风分离器设备的滤筒。
[0009]本公开的其他实施例涉及另外称为湿式旋风分离器设备的洗涤式旋风分离器设备系统，其可以具有任何尺寸(尽管在一些实施例中，可以按照上述小型设备阵列的尺寸来确定尺寸)。在这些实施例的一部分中，湿式旋风分离器利用液体来从气流中消除(例如“洗涤”)颗粒，并且具体地(在一些这样的实施例中)，其中液体不是水。在一些这样的实施例中，可以使用非水清洁液体。传统的水基湿式旋风分离器设备/系统不适用于通风过滤，因为(1)必须将水分开并连续地提供给旋风分离器，然后随着使用了水，对其进行处理(需要管道、泵、排水道等)和(2)湿式旋风分离器中的水蒸发并有效地加湿空气——这在许多情况下是不希望的，例如在空调系统中。为了克服这些问题，在本公开的一些实施例中，独立的被动湿式旋风式洗涤器配置有附接的液体(例如，非水)储存器，以清洁空气并捕获细颗粒。
[0010]这样的洗涤器实施例设计为使得进入的气流的能量可以用来搅动清洁液体，同时防止液滴随着输出气流逸出。通过配置旋风分离器和相应的附接储存器以防止液体逸出，并且通过选择用于该任务的低蒸汽压液体，可以在延长的操作时间内保持液体的体积，而没有常规的旋风式洗涤器的缺点。
[0011]根据本公开的一些实施例，描述了用于空气过滤器设备的系统、设备和方法，包括：初始配置在一个或多个平面部分中的片材；多个组织的空气出口，所述多个组织的空气出口布置在所述片材上并且构造成允许空气流过所述片材；多个旋风室，连接到所述片材，每个室包括旋风结构，所述旋风结构包括圆锥体或圆柱体中的至少一个，所述圆锥体或圆柱体包括切向入口和在与所述片材连接的所述旋风结构的末端处的旋风出口。在一些实施例中，每个切向开口与片材的相应进入空气侧空气连通，并且每个旋风出口连接到片材的相应出口。
[0012]进一步，所述设备可以包括构造成与旋风结构流体连通的多个容器，其中每个容器构造为相应的旋风结构的顶点或边缘的至少一部分；每个旋风结构内的气流配置为在气流通过该结构期间形成至少一个涡旋；所形成的涡旋配置为从气流中分离颗粒；分离的颗粒容纳在容器中；并且每个容器可以连接多个旋风结构。此外，该设备包括多个中空管和/或锥体，每个中空管和/或锥体在两端都具有开口，并且构造成相对于第一平面或第二平面在大致垂直的方向上从每个相应的旋风开口延伸到每个相应的空气出口，其中至少所述多个室配置为整体结构；整体结构配置为过滤元件；并且整体结构配置为滤筒。
[0013]在一些实施例中，所述设备还包括内部涂层或液体，其中涂层或液体布置或引入每个锥体或容器内，并且涂层或液体配置成具有粘合性、抗微生物性和/或吸附性或化学性质。所述设备还可以包括固体颗粒，其中颗粒布置或引入到旋风结构和/或容器内，并且可以用作吸附剂、催化剂或抗微生物剂。在一些实施例中，制造上述公开的过滤设备的方法包括挤压、模制、铸造和分层这些装置中的至少一个，其中该装置制造成整体结构。在一些实施例中，分层包括增材制造，其中增材制造包括三维打印。在一些实施例中，分层包括平面制造，其中平面制造选自热成型、真空成型、冲压、薄片加工、光刻、压印、铭印、卷到卷加工或任何其他适合的赋予表面特征的平面技术。
[0014]在一些实施例中，所述设备制造成多个层，其中多个层同时或随后对齐和连接。在一些实施例中，所述方法包括将预成型的旋风结构附接到图案化的片材，其中这些出气口或者是预成型的或者是在附接之后随后制造的。
[0015]在一些实施例中，包括多个上述公开的空气过滤设备的空气过滤子组件包括多个有组织的气流入口；多个有组织的气流出口；多个隔间，每个隔间包括中空旋风结构，所述中空旋风结构具有包括近似同心的开口和切向开口的基部部分以及顶部部分；以及多个容器，每个容器与所述顶部部分空气连通；其中：每个切向开口与相应的空气入口空气连通，每个同心开口与相应的空气出口空气连通，并且每个容器构造为顶点的至少一部分。
[0016]在一些实施例中，公开了一种从气流中分离颗粒的方法，包括：在结构阵列中组织多个旋风过滤室，所述阵列配置有长度、宽度和厚度，适合用作HVAC或通风系统中的替换过滤器或滤筒，以用于占用空间，其中：每个室包括中空旋风过滤器结构，所述中空旋风过滤器结构具有包括同心开口和切向开口的基部部分，可选的顶部部分以及容器；每个切向开口配置为接收室内和/或室外气流的一部分；旋风部分配置为为气流形成至少一个涡旋，所述涡旋配置为分离夹带在气流中的颗粒；所述容器配置为接收分离的颗粒，并且每个同心开口配置为在受到至少一个涡旋的作用之后排出气流。在一些实施例中，每个容器配置为顶点的至少一部分。
[0017]在一些实施例中，公开了一种空气净化设备，包括与液体储存器流体连通的旋风结构，其中：所述旋风结构包括大致圆柱体和圆锥体空腔中的至少一个，具有大致切向的空气入口和大致同心的空气出口，以及所述液体储存器配置有通向腔的开口或通道中的至少一个，以通过旋风结构中的气流的作用，将一部分液体从储存器吸入旋风结构。在某些实施例中，所述设备进一步包括至少一个附加通道，该至少一个附加通道布置在空腔和储存器之间，并配置成排出吸入到空腔中的液体的至少一部分，并且将排出的流体返回到储存器。在某些实施例中，允许液体从储存器进入空腔的开口/通道接近空气入口或空气循环路径，并且其中所述设备还包括第二通道，所述第二通道在旋风腔壁中包括至少一个开口并且配置成将液体从所述腔处排出，其中通过离心力、重力和压差中的至少一个排出所述液体。在一些实施例中，所述液体在环境温度下的蒸气压比水低至少50％。液体可以是硅树脂或矿物油中的至少一种。在一些实施例中，所述液体包括添加剂，所述添加剂包括抗微生物剂、催化剂、表面活性剂、溶剂、盐、稳定剂、染料中的至少一种。在一些实施例中，所述液体储存器的至少一部分位于所述旋风结构的基部下方，并且配置为在没有气流的情况下接收所述旋风结构的大部分液体，其中所述腔的内壁包括多个突起、特征和纹理化表面中的至少一个，并且其中所述多个突起、特征和/或纹理化表面配置为促进在腔中形成液体或湍流的气溶胶。
[0018]在一些实施例中，公开了一种空气过滤器系统，包括旋风元件的单片阵列，其中每个元件包括旋风腔，所述旋风腔具有基本切向的空气入口和基本同心的空气出口。所述阵列形成配置有布置在片材的一侧上的大部分入口和片材的另一侧上的大部分出口的所述片材；每个元件与液体储存器流体连通，其中元件配置为使得每个元件中的进入空气的流动从储存器吸取液体以在腔中循环并且与气流接触。此外，所述系统包括布置在每个旋风腔和相应的储存器之间的附加液体通道，所述附加液体通道配置为排出循环液体腔的一部分并且将该液体返回到储存器，其中在使用之前或者在组装
具体实施方式：
[0029]在一些实施例中，旋风分离器或涡旋式洗涤器可用作从气体(例如室内空气)中去除悬浮固体颗粒(例如污染物)的机构。可以引导注入到诸如但不限于圆柱体或圆锥体容器的容器中的气体(例如室内空气)，以沿容器的边缘切向流动(即，当螺旋向下时沿着壁成圆形)。在一些实施例中，气体然后可以垂直地离开容器，例如沿着圆柱体或圆锥体的中心轴线。当在容器内循环时，进入的气体可以形成涡旋或旋风，其中离心力将一些或全部悬浮颗粒推向边缘，并且排出气体以减少量的悬浮颗粒离开容器。
[0030]在一些实施例中，可以包括洗涤液(例如，根据一些实施例的非水)，由此液滴与涡旋分离器内的空气接触。液滴可以从气体中捕获细颗粒和分子，并且离心力将液滴推动到容器的内壁，之后再使用液滴(含有诸如污染物的固体颗粒)。
[0031]在一些实施例中，容器可以包括配置为容纳洗涤液的储存器，当涡旋或旋风形成时，所述洗涤液可以作为液滴的来源。所述储存器可以是旋风式洗涤器的底部，或者可以是通过一个或多个开口连接到洗涤器的单独的储存器。在捕获悬浮的固体颗粒之后，储存器也可用于收集液滴。
[0032]在其他实施例中，液体可以在旋风或涡旋式洗涤器的操作期间以连续的方式供应(即，不重新使用)，并且这种恒定的或持续的供应可以由机构提供，所述机构包括至少液体的来源、迫使液体通过喷嘴进入旋风分离器的泵以及收集废液的排放组件。
[0033]参考图1A-E，在一些实施例中，描绘了配置用于捕获气体中的悬浮颗粒的涡旋分离器100的示例性图示。图1A示出了涡旋分离器100，涡旋分离器100包括配置成促进形成涡旋的涡旋室110、流体入口120和储存器130。尽管图1示出涡旋室110为锥形，但是涡旋室110可以具有各种形状，这些形状配置成当气体经由入口120进入涡旋室时形成涡旋，并且围绕涡旋室110的轴线旋转。例如，涡旋室110可以是圆柱体或具有圆柱对称性的任何其他涡旋室，即圆形内表面，其允许气体围绕纵向(竖直)轴线旋转并导致形成旋风或涡旋。在一些实施例中，涡旋室可以是锥体、圆柱体或其分段组合(即，同心的、拼接的圆锥体和圆柱体部分的组合)。在一些实施例中，旋风分离器的顶部部分可以是圆柱体的，在其下面可以是截头圆锥体，随后是另一个圆柱体。在一个实施例中，旋风分离器的顶部部分是圆柱体的，在其下面是截头圆锥体，随后是另一个圆柱体。在图1A中，气体可以通过流体入口120进入中空锥形涡旋室110，然后其在涡旋室110内部循环，形成旋风，然后通过出口180离开。流体入口120可以位于洗涤器100的切向侧上的任何期望的位置，包括沿着涡旋室110的唇缘的顶部上的任何位置。其也可以位于涡旋室110的切向侧上的任何位置，但是在顶部边缘以下。在离开之前，悬浮在气体中的颗粒可以从气体中分离出来并沉降下来；因此，经由出口180离开的气体可以包含比通过流体入口120进入的气体更少的悬浮颗粒。例如，随着空气的循环，颗粒可能经历离心力，将其朝向内壁并向下推送到涡旋室110的底部，在该处可以放置配置为捕获沉淀颗粒的中空容器或储存器130。在一些实施例中，涡旋分离器100可以不连接到储存器130，而是可以将涡旋室110的底部用作沉淀颗粒的容器。
[0034]为了有效性、便利性、效率和成本等原因(至少前述中的一个)，人们可能希望大幅度减小涡旋分离器100的尺寸，同时仍保持来自涡旋分离器100在处理大风量和去除悬浮在空气中的细颗粒方面的期望水平的性能。使旋风分离器的直径小型化的重要原因是通过获得相当高的离心力来使细颗粒分离。质量为m的颗粒的圆周运动的离心力由下式给出：Fc＝mv2/r，其中v是颗粒的速度，即涡旋室110中气体的局部速度，r是圆形路径的半径。这样，当速度v增加时，悬浮在旋转气体中的颗粒推离圆形路径的中心轴线朝向边缘，即朝向涡旋室110的内表面，导致这些颗粒朝向底部(例如储存器)沉淀。在一些实施例中，速度的大小可以基于产生期望驱动压力的可用基础结构来确定，所述期望驱动压力又将确定旋风分离器内的流速。通风系统中可用的压力通常在10—2500帕斯卡(Pa)的范围内，相当于0.04”—10.0”水位表(英寸WG)，更典型地在100—500帕(0.4”—2”)之间。可以使用风扇、鼓风机等产生每分钟从约几百到约几千米范围的速度。速度的大小可以在从约200m/min到约5000m/min、约400m/min到约4000m/min、约500m/min到约2500m/min、约750m/min到约1500m/min、约1000m/min的范围内，包括其间的所有值和子范围。
[0035]增加离心力以分离和除去悬浮的细颗粒的另一种方法可以是减小圆形路径半径r；换句话说，减小涡旋室的尺寸。涡旋室尺寸的减小量可以取决于人们希望从旋转的气体中去除的悬浮颗粒的尺寸。例如，亚微米颗粒(即具有小于约1微米的平均尺寸(以半径、直径、宽度或其他线性尺寸测量的尺寸)的颗粒)可以被直径低于约1cm的涡旋分离和捕获。因此，可通过涡旋分离器100和/或涡旋室110分离和收集微米或亚微米范围内(例如，小于约5000nm、小于约2500nm、小于约1000nm、小于约500nm、小于约250nm、小于约100nm、小于约50nm、小于约10nm，包括其间的所有值和子范围)的大小的悬浮颗粒，所述涡旋分离器100和/或涡旋室110的直径小于约10mm、小于约5mm、小于约3mm和小于约1mm，包括其间的所有值和子范围。
[0036]根据至少一些实施例，启发性地考虑到系统中的实际离心力的。例如，具有半径1mm(直径2mm)、速度10m/s的离心力约为105m/s2，其约为10000g(g是重力加速度)。这样的半径具有将颗粒运送到收集它们的内壁的更短漂流距离的进一步优点。小型化在本公开的至少一些实施例中代表了微粒的涡旋分离适用性的关键特征和巨大变化。尽管单个涡旋室(根据一些实施例)通常承载非常小的气体通过量(例如，随着流量通过量减小了r2倍，1mm涡旋可能仅具有10cm涡旋的空气流量的1/10,000)，对于典型的通风系统所需要的流量可以从事于将大量的涡旋分离器布置在一起。涡旋分离器的这种构造可以维持甚至提高悬浮颗粒分离效率的同时服务更大的气体通过量。例如，图1B示出涡旋分离器190，该涡旋分离器190配置为用作形成大量多个涡旋分离器片材的几何单元格；图3A-B中示出了这种片材的例子。涡旋分离器190类似于图1A的涡旋分离器100，但是也可以包含底部表面160，其包括入口170，入口170配置为允许气体进入包括多个涡旋分离器190的旋风式洗涤系统。在一些实施例中，如图3A-B所示，当多个这样的分离器并排布置时，需要入口170。入口170的形状和尺寸可以设计成促进气体流入旋风式洗涤系统，以有效地洗涤气体。例如，入口可以是圆形的、矩形的、方形的等，并且可以具有从约1mm到约10mm、从约2mm到约8mm、从约3mm到约7mm、从约4mm到约6mm和约5mm的范围内的线性尺寸(例如，半径、直径、宽度等)，包括其间的所有值和子范围。在其他实施例中，线性尺寸可以小于1mm。在一些实施例中，涡旋分离器190还可以包括上表面150，该上表面150包括出口140，出口140配置为至少部分地与涡旋分离器100的出口180对准。如果没有底部片材，或者在旋风分离器与其相邻旋风分离器之间至少在其一侧上存在间隙，则可以不需要入口，例如，如图3E或4A所示。
[0037]在一些实施例中，人们可以通过使用一个或多个涡旋分离器190作为几何单位格以重复(并且可选地周期性)方式布置大量的阵列/多个涡旋分离器190来配置能够处理大的气体通过量的整体片状结构。在这样的实施例中，进入的空气冲击洗涤器片材的一侧，并且在除去进入的气体中的一些或全部悬浮颗粒之后，处理过的气体经由出口140/180离开片材的另一侧上的洗涤器。去除的颗粒可收集在容器或储存器130中。在一些实施例中，洗涤器片材可以以一个或多个储存器可以彼此流体连通的方式布置，以允许将所收集的颗粒输送到储存器之间(例如通过导管)。在一些实施例中，例如图3I-3K，多个涡旋室110可以共享一个或多个储存器130，在一些情况下由分隔器(未示出)划分，以保持有待收集于其中的悬浮颗粒的均匀分布和/或沉降。容器可以由多个连接成整体阵列的涡旋分离器共享，并配置成平行流体流动元件。例如，可以在涡旋室110的底部形成中空颗粒室，使得颗粒通过涡旋室110底部的开口落入该室中。然后可以连接多个锥形体的颗粒室以形成较大的共同颗粒容器(或“垃圾箱”)空间(参见例如图3K)。在一些实施例中，颗粒容器可以变成整个中空层。在其它实施例中，颗粒容器可以用壁分隔或中断，例如以促进颗粒的沉降(图3H)，或者可以将其配置为可替换的。在一些实施例中，储存器/容器可以是可分离的或可从涡旋分离器100的主体(即，涡旋室110)移除。在一些实施例中，储存器/容器可以不必与涡旋分离器的主体(即涡旋室)分离即保持可用性，从而允许去除和/或替换储存器/容器的内容物(例如，下面讨论的固体或液体试剂材料等)，而储存器/容器仍然是涡旋分离器的一部分。当储存器充满或更换储存器试剂材料时，主旋风分离器仍可以重新使用。
[0038]在一些实施例中，所公开的涡旋分离器100、190可以以重复的(在一些情况下是周期性的)方式布置，以形成过滤片。图1B的多个涡旋分离器可以布置在干燥过滤片中，其允许具有悬浮固体颗粒的气体经由多个入口170(或者图3E中的旋风分离器林场间)流过片，随后通过涡旋分离器入口120流入多个涡旋分离器190，在过滤的气体最终通过出口140释放在过滤片的另一侧之前。然后，由于每个涡旋分离器中的涡旋的离心力而从气体中分离和捕获的悬浮颗粒可以沉降到涡旋分离器的底部或连接到分离器的容器或储存器130。因此，这些片材用作过滤设备，因为片材接收污染的气体并释放净化的气体(即，比接收到的气体具有较少污染的气体)。图3A-B示出了包括多个以重复方式布置的涡旋分离器190以形成大的过滤结构的干燥过滤片的示例性实施例。作为说明，图3A-B的过滤片可以制造成封闭的，即允许气体仅通过入口350进入片(污染的气体)，并通过出口340离开(净化的气体)，如此，作为一个大型的、封闭的被动干燥过滤系统。在一些实施例中，过滤片可以是单一的整体结构，或者其可以包括多个整体片，其中至少一个片包括多于一个的涡旋分离器。
[0039]涡旋分离器在片材中的数量可能很大，特别是在现代制造技术的情况下。例如，如果涡旋在阵列上间隔为5mm，那么1m2(平方米)的平整片材就会有4万个元件。如果间距是2mm，一平方米的片材上将有多达250,000个涡旋。在亚毫米间距内，每平方米的涡旋数量是数百万。通过减小每个组成涡旋分离器的尺寸，人们可以至少提高过滤片的过滤能力，而不会显着增加其尺寸。
[0040]在一些实施例中，例如参考图1E，也可以在涡旋分离器的底部和/或在涡旋分离器的储存器中包括配置为增强空气净化性能的固体试剂材料116(其也可以称为颗粒或过滤颗粒)。这些颗粒可以包含催化剂、吸附剂、抗微生物剂、清洁剂等。
[0041]在一些实施例中，在涡旋/旋风分离器中捕获细颗粒包括在旋风分离器内形成喷雾或气溶胶的液体试剂，其可以捕获细颗粒。本公开的这些实施例称为湿式气旋式洗涤器系统(其可以简称为湿式洗涤器或湿式气旋式洗涤器——所有这些术语可以互换使用)。在一些这样的实施例中，图1B的多个涡旋分离器可以布置到湿式气旋式洗涤器中，该湿式气旋式洗涤器配置成使用液体擦洗污染的气体。如上所述，在一些实施例中，可以在旋风分离器或涡旋式洗涤器的操作期间经由外部供应机构和/或基础设施(例如，包括液体源、泵、喷嘴、排放组件和/或类似物中的一个或多个)提供这些液体。
[0042]在一些实施例中，包括洗涤液但不包括诸如源、排水管、泵等的外部液体供应基础设施的独立的“被动”湿式气旋式洗涤器实现“闭环”系统。图1C和1D分别示出涡旋分离器的示例形实施例，涡旋分离器包括涡旋室110(例如，涡旋分离器的锥体的底部部分)的至少一部分和一些或整个储存器中的洗涤液112。
[0043]在洗涤液112不由外部液体供应基础结构供应的实施例中，旋风式洗涤器可以是独立“被动”元件的形式，并且可以依靠外部引起的气流来启动旋风洗涤动作。例如，独立旋风式洗涤器可以包括具有切向入口和轴向出口的被动式旋风涡旋室，其中洗涤液储存器与流动的污染气体(例如，含有悬浮颗粒的气流)流体接触，并且配置使得在旋风分离器中外部引起的气流提升并携带至少一些洗涤液并产生用于捕获和分离悬浮在气体中的颗粒的液体流或气溶胶。这样的实施例的一个主要优点是很少或根本没有洗涤液112从湿式气旋式洗涤器中取出(与大部分外部提供洗涤流体的系统相反)。换句话说，在湿式气旋式洗涤器的操作期间，可以通过循环利用提升和雾化的液体以连续的方式返回并混合在储存器中，以此重复使用相同的洗涤液112。这是因为当液滴与污染的气体(例如，空气或含有悬浮颗粒的流体)接触时，颗粒被液滴捕获，并且液滴被离心力推向外壁(并且最终返回到储存器)，同时处理的气体从旋风式洗涤器的出口140或180出来。这样，洗涤液112可以在不使用导管、泵和阀的情况下连续可用，而且可以是无尽的来源，否则将需要补充液体。这可以用于减少或完全消除补充洗涤液112的需要，因为旋风分离器中的离心力将液滴分离时液体体积可以基本保持。在这样的实施例中，不仅消除了对液体管道和泵送基础设施的需要，而且还能够使用不是水的液体，否则将太昂贵而不能不断补充。
[0044]在一些实施例中，配置为增强过滤性能的湿式旋风式洗涤器中的洗涤液112和/或干式过滤器中的固体试剂材料116的选择可取决于多种因素，例如但不限于要从流动流体中去除的悬浮颗粒的类型、环境温度和压力、污染的气体和从涡旋分离器中释放的期望性质(例如，其湿度等)。在一些实施例中，空气清洁系统可以包含洗涤液和固体试剂材料。对于湿式气旋式洗涤器，在一些实施例中，水可以是合适的液体。在其他情况下，水的自然蒸发可能会限制其在非补给水储存器中的有用性。在一些实施例中，水(或任何其他液体)可以用去污剂、表面活性剂、抗微生物剂、催化剂、染料、盐、溶剂或任何其他添加剂(不管是否可溶)来增强。在一些实施例中，液体蒸发可以随时间减小体积，但是这可以通过使用诸如矿物油或硅酮的低蒸汽压液体代替水或除水之外还有该液体来减小。在一些实施例中，可以选择其环境温度下的蒸气压显着低于水温的液体作为洗涤液。例如，可以使用环境温度为约0.0001托到约10托、约0.001托到约1托、约0.01托到约0.1托(包括其间所有值和子范围)的蒸气压的液体作为洗涤液。人们也可以使用大部分具有低蒸气压的油和硅酮。例如，许多油的蒸气压小于水的一半，许多油的蒸气压远低于10托、低于1托、低于0.1托、甚至低至0.00001atm。可以用作洗涤液的流体的实例包括矿物油、硅油和植物油。可以用作洗涤液的硅酮的实例包括PSF-5cSt硅酮液，其根据制造商可以在25℃下具有1托的蒸汽压和具有甚至更低蒸汽压的PSF-50cSt硅酮液(来自Willow Grove，PA的Clearco Products Co.的硅酮)。尽管使用油和硅酮作为洗涤液可能比水贵，但是允许再循环洗涤液的封闭系统使其使用更为经济。另一个优点是与水不同，油和硅酮不会释放湿气到空气中，这在希望控制湿度的应用中是满足需要的，例如空气调节。在一些实施例中，洗涤液可以完全不含水。在一些实施例中，与其他液体(例如前述的油、硅酮等)相比，洗涤液可以包含少量的水。例如，洗涤液中的水分数可以小于约1％、小于约2％、小于约3％、小于约4％、小于约5％、小于约10％、小于约15％、小于约20％、小于约25％和/或类似分数的洗涤液总体积。
[0045]在一些实施例中，对于湿式旋风式洗涤器和/或干式旋风过滤器，诸如锥形物的涡旋室110或颗粒容器130可以在内部涂覆，填充或部分地填充有增强过滤性能的固体试剂材料116和/或液体试剂材料112。在一个实施例中，涂层或液体可以是具有粘合剂或抗微生物性质的材料，以改善捕获和保留细颗粒和微生物。在其他实施例中，可以将液体放置在涡旋室110(例如腔)的内表面内，以便在旋风分离器处于活性状态时，在侧壁上形成膜或喷雾或气溶胶，使得气溶胶颗粒改善捕获和保留细颗粒。低蒸气压和稳定性好的液体可以长期提高过滤性能。在装有液体试剂的涡旋室110的情况下，一旦试剂耗尽、消耗或需要更换，就可以再充填试剂。通过适当地配置在涡旋室110的壁中的开口或再填充端口可以促进再填充。
[0046]这样的实施例的一个有用的应用可以用于气体—气体分离。例如，在一些实施例中，可以将液体溶剂引入到每个涡旋室110中，其中一旦由于室中的涡旋而被激发成雾，则液滴可以用来溶解气体中的某些种类的分子。在其它实施例中，诸如吸附剂颗粒的固体试剂材料116可放置在可用于选择性捕获目标气体组分的涡旋室110内，这样的吸附剂的实例包括活性炭、分子筛、二氧化硅、粘土、氧化铝和/或任意其他合适的固体吸附剂。在一些实施例中，吸附剂颗粒可附着到涡旋室110的内表面，并提升以形成流化床。目标在于从流体流中去除的种类的实例包括粉尘、病原体、污染物、过敏原等。例如，所公开的涡旋分离器可以设计为来完全机械地(即，利用旋风效应，其中种类被洗涤液的雾化液滴捕获和沉淀)和/或辅助地通过存在化学活性的抗微生物液体或困在涡旋中或涡旋室110的内表面上的固体，特别地去除这种物质。
[0047]参考图2A-2B，在一些实施例中，涡旋分离器200的涡旋室110可以经由多个开口或连接而与储存器210流体连通。流体连通可通过合适的开口来促成，例如在涡旋分离器200的底部末端或沿着上部边缘，或沿着其圆柱体或圆锥体表面的任意位置。例如，当存在两个导管时，一个导管可以用作入口导管205，用于使容纳在储存器210中的洗涤液进入涡旋室220，而另一个导管可以用作出口导管207，以允许液体用于捕获(污染气体的)悬浮颗粒回到液体储存器210中。在这种类型的构造中，洗涤液的连续循环可以由污染气体的流动引起。含有悬浮颗粒的污染气体可以通过入口201进入涡旋室220，形成旋风206，同时沿着涡旋室220的内壁循环，然后通过出口202排出。来自储存器210的洗涤液可以通过下部连接或导管205进入旋风腔，由于由含有悬浮颗粒的气体产生的涡旋，其可以如箭头206所示那样诱发循环。在循环的同时，洗涤液然后可以从入口导管205上升到出口导管207，同时还由于圆周运动的离心力而推向涡旋室220的壁。当它到达腔的顶部时，它可以推出并返回并进入(208)到储存器210中，在那里它与储存液的其余部分混合并最终流回入口导管205中。这样，只要有气体通过入口201流入涡旋室220并在涡旋