CN100500262C - 室内空气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种室内空气净化装置，包括进风口、壳体、风机、排风口、真空泵和挥发性有机化合物出口；所述壳体中设有中空纤维，环氧树脂封头将中空纤维封隔成壳程和管程，形成类似管壳式换热器的结构；所述进风口与壳体一端相连，壳体与真空泵相连，挥发性有机化合物出口与真空泵相连；所述风机与壳体另一端相连，并与排风口相连；室内空气中的挥发性有机化合物在真空泵抽吸作用下渗透进入中空纤维的管程或壳程，将所述挥发性有机化合物通过真空泵经挥发性有机化合物出口排出。本发明能有效去除绝大部分室内挥发性有机化合物，包括甲醛、乙烷、丙酮、甲基乙酸、甲基硅酸等，去除效率80%以上。比现有的净化技术效率更高，更加节能和环保。

Description

室内空气净化装置

技术领域

本发明涉及一种空气净化技术，特别涉及一种利用中空纤维来净化室内空气的技术与装置。

背景技术

良好的室内空气环境对人体健康至关重要。上世纪七十年代能源危机和建筑及相关技术的发展，导致建筑密闭性提高、运行能耗下降、建筑内新风量减少；另一方面，新型建筑装饰材料大量应用，其中一些排放有害气体。因此长期生活和工作在现代建筑中的人们常表现出一系列病态反应：头痛、困倦、恶心和流鼻涕等，被称为“病态建筑综合症”。据报道，美国每年因室内空气品质低劣造成的直接经济损失高达400亿美元以上，全世界每年有2400万人的死亡与室内污染有关；近年来我国每年由室内空气污染引起的死亡人数达11万之多，每年因室内环境污染危害健康导致的经济损失约千亿人民币，因此，室内空气品质改善和控制成为许多国家政府、研究人员和百姓普遍关注的问题。

造成室内空气品质低劣的主要原因是室内建材、家具及装修过程中使用的粘结剂、涂料和油漆等释放大量的挥发性有机化合物(VOCs)。VOCs是一类低沸点的有机化合物的总称，通常将所有室内有机气态物质称为VOCs。它们对人的呼吸系统、心血管系统和神经系统会产生明显的不良影响，甚至还会致癌。因此，室内VOCs浓度过高是造成室内空气品质低劣，从而引发病态建筑综合症的主要原因。因此如何消除室内空气中的VOCs是实现室内空气品质控制的关键。

空气净化器是从空气中分离和去除一种或多种污染物的设备。使用空气净化器，是改善室内空气质量、创造健康舒适的室内环境十分有效的方法。目前的空气净化方法，主要有物理吸附法、化学处理法、离子化法和光催化法。这些净化技术之中，只有物理吸附法技术比较成熟，其它几种方法尚处于机理性的基础研究阶段，目前实用化方面还存在不少障碍。

物理吸附法的原理是当含有VOCs的气流流过多孔固体吸附剂时，由于吸附剂与VOCs之间的分子间范德华作用力，VOCs分子被吸附到固体吸附剂的微孔中，从而将空气中的VOCs脱除。它的优点是吸附速度快、污染物浓度高、低的场合均可适用，原理和技术也比较成熟。但是，吸附剂饱和后需要再生，这需要消耗额外的热量，使用时将带来能源的巨大浪费。另外，吸附剂的频繁吸附/再生也会使吸附剂存在劣化的可能，带来净化能力的衰减。

申请号200510077239.X的中国发明专利，公开日是2006年01月04日，它公开了一种膜分离空气净化器，包括风压装置和空气分离装置。其特征在于，所述空气分离装置包括有膜壁密布微孔的分离膜，所述分离膜为1层或2层以上，采用具有选择透过能力的分离膜做分离介质，空气在风压装置的作用下流向分离膜，分子小于膜壁微孔的气体通过膜壁为滤出气体，而分子大于膜壁微孔的气体被分离膜截流，从而达到气体分离的目的。该空气净化技术采用微孔膜分离，分离机理为分子筛分，一种孔径只能分离一种VOCs气体，分离效果很差，加上平板膜装填密度小，传质效率低，空气净化效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种节能、高效的室内空气净化装置。

本发明的室内空气净化装置包括进风口、壳体、风机、排风口、真空泵和挥发性有机化合物(VOCs，下同)出口；所述壳体中设有中空纤维，环氧树脂封头将中空纤维封隔成壳程和管程，形成类似管壳式换热器的结构；所述进风口与壳体一端相连，壳体与真空泵相连，挥发性有机化合物出口与真空泵相连；所述风机与壳体另一端相连，并与排风口相连；室内空气中的挥发性有机化合物在真空泵抽吸作用下渗透进入中空纤维的管程或壳程，将所述挥发性有机化合物通过真空泵经挥发性有机化合物出口排出。

作为优选方案，所述中空纤维由二层构成，一层为多孔性支撑层，另一层为致密无孔皮层，所述致密无孔皮层位于中空纤维外侧或内侧。中空纤维外径1.0—10.0mm，壁厚100—200μm。

所述多孔性支撑层由聚偏氟乙烯、聚醚酰亚胶、聚丙烯腈、聚丙稀或聚砜制成，其孔径为0.4—2.0μm，厚度为100—200μm；所述致密皮层由聚二甲基硅氧烷或聚醚嵌段酰胺制成，其厚度为0.2—5μm，无孔。

在所述壳体与真空泵之间设一个冷阱，壳体与冷阱相连，冷阱与真空泵相连；所述冷阱内部设有冷剂盘管；将所述挥发性有机化合物通过冷阱进行冷凝回收，未冷凝部分再排到室外。

本发明采用具有选择性透过功能的中空纤维来充当空气净化媒介，由于这种纤维只有VOCs能透过，在中空纤维内外压力差作用下，VOCs从空气中分离出来，达到净化。所述中空纤维的皮层采用致密无孔的材料，它是一种特殊材料，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚醚嵌段酰胺(PEBA)，所述VOCs首先在这种致密材料中溶解，然后扩散到壳程，由于几乎所有VOCs都可以溶解于这种致密材料，它可以实现VOCs的广谱去除，即不论污染物孔径大小，只要是VOCs，都能被去除。

本发明相对现有技术具有如下的优点及效果：

(1)利用具有致密皮层的中空纤维作为空气净化媒介进行室内空气净化，可实现空气净化效率80％以上，不需要加热再生，能耗极低；

(2)利用该装置进行空气净化，可以去除空气中大部分的VOCs，包括甲醛、乙烷、丙酮、甲基乙酸、甲基硅酸等数百种室内常见VOCs；

(3)采用中空纤维结构，传递面积大，传质效率高，设备小巧紧凑。

附图说明

图1是本发明室内空气净化装置的结构图；

图2是图1中中空纤维结构示意图；

图3是图1中中空纤维另一结构示意图；

图4是本发明室内空气净化装置的另一种结构图；

图5是本发明实施例5结构图；

图6是本发明实施例6结构图。

具体实施方式

实施例1

本发明的室内空气净化装置如图1所示，该装置包括进风口1、壳体2、环氧树脂封头3、风机4、排风口5、VOCs出口6、真空泵7、中空纤维8。所述进风口1与壳体2一端相连，壳体2与真空泵7相连，挥发性有机化合物出口6与真空泵7相连；所述风机4与壳体2另一端相连，并与排风口5相连；环氧树脂封头3将中空纤维8封隔成壳程和管程，中空纤维8和封头3之间密封、不漏气，封头3与壳体2之间也密封不漏气；室内空气在风机4的驱动下，通过进风口1进入壳体2流过中空纤维管内，其中的VOCs透过中空纤维的壁进入壳程，而脱除VOCs后的干净空气流出出风口5，循环回室内，达到空气净化的目的。而壳程中从中空纤维管内渗透出来的VOCs则通过真空泵7经过VOCs排放口6排到室外。

利用该空气净化装置进行空气净化的具体工艺步骤是：打开风机4和真空泵7，驱动新风进入壳体，在壳体内封头封堵作用下，室内空气沿中空纤维内部流动，其中的VOCs在中空纤维外部真空作用下通过中空纤维的壁，渗透进入壳体，再在真空泵抽吸下经过VOCs排放口6排到室外。

实施例2

本发明的中空纤维具体结构如图2所示，致密皮层9位于中空纤维外侧，多孔性支撑层10位于中空纤维内侧。由图2可见，所述室内空气走管内11，所述中空纤维的多孔性支撑层10为100—200μm厚的多孔支撑体，包括聚偏氟乙烯(PVDF)，聚醚酰亚胶(PEI)，聚丙烯腈(PAN)、聚丙稀(PP)、聚砜(PSU)等的任一种，其孔径0.4—2.0μm；所述致密皮层9厚度为0.2—5μm，无孔，其材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚醚嵌段酰胺(PEBA)等的任何一种。

实施例3

本发明的中空纤维另一结构如图3所示，致密皮层9位于中空纤维内侧，多孔性支撑层10位于中空纤维外侧。由图3可见，所述室内空气走管内11，所述中空纤维的多孔性支撑层10为100—200μm厚的多孔支撑体，包括聚偏氟乙烯(PVDF)，聚醚酰亚胶(PEI)，聚丙烯腈(PAN)、聚丙稀(PP)、聚砜(PSU)等的任一种，其孔径0.4—2.0μm；所述致密皮层9厚度为0.2—5μm，无孔，其材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚醚嵌段酰胺(PEBA)等的任何一种。

实施例4

本发明的另一具有VOCs收集回收功能的空气净化装置，如图4所示，本空气净化装置包括进风口1、壳体2、环氧树脂封头3、风机4、排风口5、VOCs出口6、真空泵7、中空纤维8、冷阱12，所述冷阱12内部设冷剂盘管13；室内空气在风机4的驱动下，通过进风口1进入壳体2，室内空气在壳体中进入管程，在风机4驱动下流过中空纤维管内，其中的VOCs透过中空纤维的壁进入壳程，脱除VOCs后的干净空气流出出风口5，循环回室内，达到空气净化的目的。壳体2与冷阱12和真空泵7相连，壳程中从中空纤维管内渗透出来的VOCs流过冷阱12，在冷阱12中冷剂盘管13冷却作用下发生冷凝，成为液体，汇集在冷阱12底端，收集到一定量后拿走，供回收利用；冷剂盘管13中通液氮、制冷剂、或冷水，液氮、制冷剂、或冷水从冷剂进口14进入，从冷剂出口15流出，达到冷却冷凝VOcs的作用。

利用本空气净化装置进行空气净化的具体工艺步骤是：打开风机4和真空泵7，驱动新风进入壳体，在壳体内封头封堵下，室内空气沿中空纤维内部流动，其中的VOCs在中空纤维外部真空作用下通过中空纤维的壁，渗透进入壳体，再在真空泵抽吸下经过冷阱12，其中的VOCs发生冷凝液化，汇集到冷阱12下部，供以后回收利用，而部分不凝结的VOCs和不凝性气体经排放口6排到室外。

实施例5

本发明的空气净化装置实施方案的另一结构图，如图5所示，室内空气走壳程，VOCs走管程，分离出的VOCs不回收，直接排到室外。由图5可见，本空气净化装置包括进风口1、壳体2、环氧树脂封头3、风机4、排风口5、VOCs出口6、真空泵7、中空纤维8；室内空气在风机4的驱动下，通过进风口1进入壳体2，封头3将中空纤维封隔成壳程和管程，室内空气在壳体中走壳程，即从中空纤维外部、管束间流过，在风机4驱动下流出出风口5，进入室内。室内空气中的VOCs透过中空纤维的壁进入中空纤维的管程，在真空泵7抽吸作用下经VOCs排放口6排出室外。

利用本空气净化装置进行空气净化的具体工艺步骤是：打开风机4和真空泵7，驱动新风进入壳体，在壳体内封头封堵下，室内空气在中空纤维外部管束间流动，其中的VOCs在中空纤维管内真空作用下通过中空纤维的壁，渗透进入管内，再在真空泵抽吸下经过VOCs排放口6排到室外。

实施例6

本发明的空气净化装置另一实施方案如图6所示，室内空气走壳程，VOCs走管程，排出的VOCs进行回收。由图6可见，本空气净化装置包括进风口1、壳体2、环氧树脂封头3、风机4、排风口5、VOCs出口6、真空泵7、中空纤维8、冷阱12。其中冷阱12内部设冷剂盘管13。室内空气在风机4的驱动下，通过进风口1进入壳体2，封头3将中空纤维封隔成壳程和管程。室内空气在壳体中走壳程，即从中空纤维外部、管束间流过，在风机4驱动下流出出风口5，进入室内。室内空气中的VOCs透过中空纤维的壁进入中空纤维的管程，在真空泵7抽吸作用下通过冷阱12，VOCs在冷阱12中冷剂盘管13的冷却作用下发生冷凝，成为液体，汇集在冷阱12底端，收集到一定量后拿走，供回收利用。冷剂盘管13中通液氮、制冷剂、或冷水，液氮、制冷剂、或冷水从冷剂进口14进入，从冷剂出口15流出，起冷却冷凝VOCs的作用。未冷凝的部分VOCs和空气经排放口6排出室外。

利用本空气净化装置进行空气净化的具体工艺步骤是：打开风机4和真空泵7，驱动新风进入壳体，在壳体内封头封堵下，室内空气在中空纤维外部管束间流动，其中的VOCs在中空纤维管内真空作用下通过中空纤维的壁，渗透进入管内，再在真空泵抽吸下经过冷阱12，发生冷凝，汇集到冷阱12下部供回收利用，未冷凝的VOCs经排放口6排到室外。液氮、制冷剂、或冷水从冷剂进口14进入，从冷剂出口15流出，起冷却冷凝VOCs的作用。

Claims (2)

1、一种室内空气净化装置，其特征在于，该装置包括进风口、壳体、风机、排风口、真空泵和挥发性有机化合物出口；所述壳体中设有中空纤维，环氧树脂封头将中空纤维封隔成壳程和管程；所述进风口(1)设于壳体(2)的所述壳程或管程的一端上，排风口(5)相应地设于所述壳体(2)的壳程或管程的另一端上，挥发性有机化合物出口(6)设于靠近排风口(5)的一端上，壳体(2)上的所述挥发性有机化合物出口(6)与真空泵相连，所述风机与壳体上的所述排风口(5)相连；室内空气中的挥发性有机化合物在真空泵抽吸作用下渗透进入中空纤维的管程或壳程，将所述挥发性有机化合物通过真空泵经挥发性有机化合物出口排出；所述中空纤维由二层构成，一层为多孔性支撑层，另一层为致密无孔皮层，所述致密无孔皮层位于中空纤维外侧或内侧；所述多孔性支撑层由聚偏氟乙烯、聚醚酰亚胺、聚丙烯腈、聚丙烯或聚砜制成，其孔径为0.4—2.0μm，厚度为100—200μm；所述致密皮层由聚二甲基硅氧烷或聚醚嵌段酰胺制成，其厚度为0.2—5μm，无孔。

2、根据权利要求1所述的室内空气净化装置，其特征在于，在所述壳体与真空泵之间设一个冷阱，壳体上的所述挥发性有机化合物出口(6)与冷阱的输入端相连，冷阱的输出端与真空泵相连；所述冷阱内部设有冷剂盘管；将所述挥发性有机化合物通过冷阱进行冷凝回收。

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