CN102000469B - 旋风水浴空气清洗装置及其清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气净化领域，具体的说，涉及一种旋风水浴空气清洗装置及其清洗方法，带尘空气经进气管进入离心装置，外来水或循环水在离心装置的作用下，形成以装置空腔内壁为依托的、并以离心装置同轴的水幕墙，带尘空气中的固体微尘或液体物质被离心装置瞬间加速后沿离心方向切入水幕墙，被水幕墙捕捉，并随水幕墙的水流流出，空气则被强行急转弯，除尘后的空气通过导气管导出。本发明的设计以较小的空间处理大流量、大浓度的粉尘，这一功能对坑道除尘、工作环境空气净化、餐馆厨房油烟去除、商用或家用空气清洗等场合具有十分重要的意义。

Description

旋风水浴空气清洗装置及其清洗方法

技术领域

本发明涉及空气净化领域，具体的说，涉及一种旋风水浴空气清洗装置及其清洗方法。

背景技术

在白刚玉(阿尔法晶型氧化铝)微粉生产过程中，常年遇到一个重大难题：怎样对付微米级(特别是直径在1微米以下)的粉尘。目前通常的办法是电脉冲布袋收尘、静电除尘、淋洒或喷洒水浴除尘、粘性材料吸附或者高空排放。

1、电脉冲布袋收尘

微尘气流通过布袋，布袋中的纺织纤维把一定直径范围内的固体微粒网住，以达到尘埃捕获的效果(普通的家用吸尘器就是一种典型的例子)，当网孔被微尘堵塞到一定程度时，用电脉冲振荡布袋，让布袋聚积的微尘下沉排出。该种技术能够捕获较小的微尘，但对于几微米直径的微尘，还是无能为力，因为布袋除尘实质上是一种过滤式除尘，空气要从同一个滤孔中通过，适当放大网孔，才能让空气通过，这必然要牺牲对细小微尘的除尘功能。在白刚玉实践中，直径在5微米以上的，收尘效果好，但2微米以下的微尘，只能基本上让它们通过。

2、静电除尘

静电除尘是对付微小固体尘埃、液体油烟等一种好办法。它的原理是：用高压电形成一个电离子场，微尘通过时即带电负荷，使之容易被电极捕获。对付2微米以下微尘，静电除尘是一种比较好的方法，但是它存在以下缺点：1、在大流量、高浓度微尘环境下，静电除尘就显得力不从心，特别是使用一段时间后，除尘效果急剧下降，而且能耗高；2、它的捕获物不能自行转移；3、在某种环境下(如防火、防爆)，要谨慎使用。

3、水浴除尘

水浴除尘其实是一种很传统的除尘办法，其是原理是利用水的张力或粘性，捕捉空气中的固体微尘或其它液态微团。目前最常见的是水喷雾、水淋浴除尘，其原理是尽可能地增大水与固体微尘或其它液态微团的接触面积，这种方法的方向是正确的、也是可行的。但是在白刚玉的生产实践中，仍然没有达到理想的效果，特别是在大浓度、大流量情况下，虽然喷淋的面积很大，但仍然有相当数量的微尘泄漏出去。在煤炭开采的掘进过程中，不可避免地产生大量粉尘，如果这种粉尘不能及时排除，会引发煤气爆炸，目前普遍采用的办法是：向粉尘大量喷水，这种办法有一定的效果，但很不理想，这是因为刚获得大量动能的微尘，在坑道内会以很高的速度向四周扩散，不受制约。而且被动的淋洒或喷洒往往效果不佳，需要大量的空间以增大水与微尘的接触面。

4、粘性材料吸附

用粘性材料吸附微米级甚至纳米级微尘，但这项技术的效率很低，不适宜对付大流量大浓度的粉尘。

5、高空排放

不利于环保，而且白白浪费昂贵的材料。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种旋风水浴空气清洗装置及其清洗方法，其简单可行、高效低耗，把空气中的微米级固体粉尘(如砂尘、煤尘)、粘性液态微团(如油烟、灰霢)、或密度倍数于空气的其它物质，收入水中，使之彻底与空气分离，从而达到空气清洁的效果。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种旋风水浴空气清洗装置，包括至少一离心装置，该离心装置上方设有进水管和带尘空气进气管，所述离心装置使进水管流入的水在装置空腔内壁上形成水幕墙，所述带尘空气中的粉尘在离心装置的作用下切入水幕墙，被水捕捉，该离心装置下方设有导气管。

进一步，所述离心装置包括自上而下设置的分水盘、一级或多级离心叶轮以及一级或多级反向开口的搅拌离心叶轮。

进一步，所述导气管内设有脱水装置，所述导气管对应上述脱水装置设有下水管。

进一步，所述脱水装置包括脱水叶轮和电机。

进一步，所述水幕墙、进水管和下水管的下方设有一水箱，水幕墙流入该水箱，所述进水管、下水管插入水箱内，进水管上设有抽水泵，所述水箱用来收集装置空腔内流出的挟带微尘的水流，水箱内的水经处理后可循环使用。

进一步，所述装置空腔内壁为管状，所述水幕墙在管状空腔内壁形成环形水幕墙。

进一步，所述装置空腔内壁在离心装置下方为倒置的圆锥管。

进一步，带尘空气经进气管进入离心装置，外来水或循环水在离心装置的作用下，形成以装置空腔内壁为依托、并以离心装置同轴的水幕墙，带尘空气中的固体微尘或液体物质被离心装置瞬间加速后沿离心方向切入水幕墙，被水幕墙捕捉，并随水幕墙的水流流出，空气则被强行急转弯，除尘后的空气通过导气管导出。

进一步，经过离心装置后的空气再次进入一离心装置进行上述处理，或通过设在离心装置的离心叶轮下方、并与其反向开口的搅拌离心叶轮，其增加了粉尘与水幕墙接触次数。

进一步，搅拌离心叶轮下方的倒置锥形管使空气加速旋转，强行增加气流的旋转次数以及再次吸入被遗漏的固体微尘或液体物质，粉尘加速后再次切入水幕墙，被水幕墙捕捉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、空气中的固体微尘或液体物质随水幕墙的水流流出，本发明的设计以较小的空间处理大流量、大浓度的粉尘，这一功能对坑道除尘、工作环境空气净化、餐馆厨房油烟去除、商用或家用空气清洗等场合具有十分重要的意义。

2、本发明具有十分广泛的适用性，对不同直径、不同比重的微尘物质，都可以通过简单地提高转速、增大离心叶轮的直径或调整径向、改进水幕墙的设计，或通过多个离心装置的分级串联等方法，达到满意的效果。

3、本发明可以根据流量、浓度、可用空间等因素灵活布置，例如：当需要处理高浓度粉尘或烟尘时，可以将多个离心装置串联在一起，多级除尘，直到满意为止；又例如：如果可放置的空间有限，则可以把离心装置与水箱等分开方置。

4、本发明具有恒定的可靠性，装置在寿命期内一般不需要定期拆换清洁。过滤沉淀下来的微尘泥浆或悬浮在水上面的油珠可以在方便的场合用简单的方式分离出来。

5、作为吸附介质——水，可以经过过滤沉淀后循环利用，对这深井或坑道除尘有十分重要的意义，因为它能够在大大减少微尘的同时，减少深井或坑道水的溢出量，提高安全系数。同时由于吸附介质是水，可以通过向水中加入某种化学物质这一手段，达到某种清洁目的。

6、本发明是一种简单可行的回收技术，它不但能回收材料、清洁空气，而且效率高、占用的空间小、布置灵活。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明装置的结构图；

图2是本发明的原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的旋风水浴空气清洗装置，包括装置空腔1，装置空腔1上方设有带尘空气进气管2和进水管3，以及离心装置4的电机5，离心装置4包括自上而下设置的分水盘41、离心叶轮42以及反向开口的搅拌叶轮43，带尘空气经进气管2进入离心装置，外来水或循环水在离心装置的作用下，形成以装置空腔1内壁为依托、并以离心叶轮42同轴的水幕墙6，带尘空气中的固体微尘或液体物质被离心叶轮42瞬间加速后沿离心方向切入水幕墙6，被水幕墙6捕捉，并随水幕墙6的水流流出，空气则被强行急转弯，装置的下半部增设一个和离心叶轮42相对的、反向开口的搅拌离心叶轮43，从而将离心叶轮42下方聚集的粉尘打散，粉尘加速后再次切入水幕墙6，被水捕捉，空气继续进入下一级的锥形管44内，由于锥形管44使旋转空间变小，空气旋转加速，增加了粉尘与水幕墙6接触次数，强行增加了气流的旋转次数以再次吸入某些被遗漏的固体微尘或液体物质，除尘后的空气进入导气管7，导气管7内设有脱水叶轮8和电机9，对应脱水叶轮8设有下水管10，通过导气管7的出口，净化后的空气排出。

装置空腔1下端设有水箱11，吸附粉尘的水幕墙6流入水箱11，进水管3的一端也插入该水箱11，进水管3内安装有抽水泵12，通过抽水泵12将水箱11中的水抽入进水管3，然后在装置空腔1内壁上形成水幕墙6，从而形成一循环过程，下水管10也插入该水箱11内。

水箱11连接一净水循环装置，通过净水循环装置，经不同的程序将粉尘与水分离，使水可以循环利用。

图2是本发明所述旋风水浴空气清洗方法的原理示意图，参阅图2，水流在离心装置4的作用下，形成以装置空腔1内壁为依托、并以离心叶轮42同轴的水幕墙6，带尘空气13在离心装置4的作用下，微尘的运动轨迹是横向离心力与空气转弯扭力共同作用的抛物线，而空气则被强行转弯向下，这样微尘就可以脱离空气，被水幕墙6吸收，离心装置4的下半部增设一个和离心叶轮42相对的、反向开口的搅拌离心叶轮43，从而将离心叶轮42下方聚集的粉尘打散，使粉尘再次进入水幕墙6，然后空气则继续进入下一级的锥形管44内加速旋转，其增加了带尘空气和水幕墙6接触次数，强行增加气流的旋转次数以再次吸入某些被遗漏的固体微尘或液体物质，加速后再次切入水幕墙6，被水捕捉，除尘后的空气通过导气管7导出，吸附粉尘的水幕墙6流入水箱11，水箱11内的水通过抽水泵12再进入装置空腔1，形成一循环过程，水箱11内的水经过净水循环装置进行净化，实现水的循环利用。

根据牛顿定津，动能＝1/2MV～2，动能与速度的平方成正比。基于微尘的比重本来就比空气高很多，当速度增加时，微尘获得的动能与空气获得的动能之差也会以平方的速度扩大。当微尘获得的能量大到足以摆脱空气的粘力时，它们就会脱离空气。本发明就是利用这个原理，采用高速离心机将空气中的固体或液态微尘或微尘团加速，使之获得足够的动能，脱离空气的粘滞力。在设计上，离心叶轮的气流被强行转弯，就在气流被迫转弯瞬间，高能量的固体或液态微尘或微尘团就会摆脱空气的粘带，像子弹一样顺着一条平顺得多的轨迹继续向前运动，并切入周边的水幕墙中，被水浸渍包裹、吸收或溶解后，随水流排出，除尘后的空气，经清洗、脱水后被重新排放到大气中。

从理论上看，一颗1微米直径的球形微尘，在比重为3.9的情况下，它的单位重量是：2.04E-09微克；在径向速度为29米/秒的高速离心叶轮作用下，它离开离心叶轮时的动能是8.78E-07焦耳，垂直切下水中的距离可达30微米。

但在实际上，微尘通常呈多颗粒聚团状态，带尘空气被吸入离心装置4后，高速旋转的离心叶轮会将空气压缩至叶片的根部，然后再甩出去，此时抱团状固状或液态物质在离心力的作用下会形成一股高速定向射流，这大大增大了切入能量。

估算：假定离心装置每分种吸入110克直径为1微米的白刚玉微尘，离心叶轮的叶片数为12，转速2800转/分，径向速度的速度是29米/秒；假定，空气在根部被压缩时的填积密度系数为0.3，此时，抱团后射流的动能可达1.40E-03焦耳，入水的距离高达4.88厘米(假定阻力系数C＝0.6)。

这都是一种很不错的状态，微尘很容易被水捕获，实现微尘与空气分离。

但在实际上，空气中的微尘多呈一种聚团现象，此时单个颗粒反而不活跃，但当它们进入高速离心叶轮时，由于受于叶轮的强力挤压、冲击、振动及磨擦，微尘单颗粒立即显得十分活跃，我们曾经用一个宽弦高速离心叶轮分散一些白刚玉微粉，发现通过叶片后微粉的堆积状态竟然在短时间内呈半海绵状，呈活跃状态的微尘颗粒更容易摆脱空气的粘滞，被水捕捉。

气流在高速离心叶轮的作用下，在中下部生成高速旋流，从而增加带尘空气(残余微尘)与内壁水墙的接触次数，增加残余微尘被水粘滞的机会。

本发明的一实验过程：

实验的目的：清洗大流量、一定浓度的白刚玉粉尘。

实验对象：白刚玉微粉，真比重：3.9；粒径：0-15微米(其中5微米以下占50％以上)。

主要数据：

空气流量：13立方米/分

初起粉尘浓度：0.68％，或7.7克/立方

主叶轮径向速度：11.5米/秒

主叶轮叶片数：12

水量：20升/分

带尘空气通过本发明所述的空气清洗装置后，排出的粉尘浓度：0.003％以下，收尘效果十分明显。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (8)

1.一种旋风水浴空气清洗装置，包括至少一离心装置，其特征在于：该离心装置上方设有进水管和带尘空气进气管，所述离心装置使进水管流入的水在装置空腔内壁上形成水幕墙，所述带尘空气中的粉尘在离心装置的作用下切入水幕墙，被水捕捉，该离心装置下方设有导气管，所述离心装置包括自上而下设置的分水盘、一级或多级离心叶轮以及一级或多级反向开口的搅拌离心叶轮。

2.根据权利要求1所述的旋风水浴空气清洗装置，其特征在于：所述导气管内设有脱水装置，所述导气管对应上述脱水装置设有下水管。

3.根据权利要求2所述的旋风水浴空气清洗装置，其特征在于：所述水幕墙、进水管和下水管的下方设有一水箱，水幕墙流入该水箱，所述进水管、下水管插入水箱内，进水管上设有抽水泵。

4.根据权利要求3所述的旋风水浴空气清洗装置，其特征在于：所述装置空腔内壁为管状，所述水幕墙在管状空腔内壁形成环形水幕墙。

5.根据权利要求4所述的旋风水浴空气清洗装置，其特征在于：所述装置空腔内壁在离心装置下方为倒置的圆锥管。

6.根据权利要求1所述的旋风水浴空气清洗装置的空气清洗方法，其特征在于：带尘空气经进气管进入离心装置，外来水或循环水在离心装置的作用下，形成以装置空腔内壁为依托、并以离心装置同轴的水幕墙，带尘空气中的固体微尘或液体物质被离心装置瞬间加速后沿离心方向切入水幕墙，被水幕墙捕捉，并随水幕墙的水流流出，空气则被强行急转弯，除尘后的空气通过导气管导出。

7.根据权利要求6所述的空气清洗方法，其特征在于：经过离心装置后的空气再次进入一离心装置进行上述处理，或通过设在离心装置的离心叶轮下方、并与其反向开口的搅拌离心叶轮，其增加了粉尘与水幕墙接触次数。

8.根据权利要求7所述的空气清洗方法，其特征在于：搅拌离心叶轮下方的倒置锥形管使空气加速旋转，强行增加气流的旋转次数以及再次吸入被遗漏的固体微尘或液体物质，粉尘加速后再次切入水幕墙，被水幕墙捕捉。

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