CN102721126A - 静电过滤复合空气净化装置 - Google Patents

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龙正伟
冯壮波
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Abstract

本发明公开了一种静电过滤复合空气净化装置,包括管道以及设置于管道内部的净化装置,所述管道截面为正方形结构,所述净化装置依次包括:垂直于管道设置的初效过滤网、与管道轴向设置的高压电极、垂直于管道设置的集尘均流板和高效过滤器。本发明空气净化装置能够有效去除颗粒物,气态污染物,细菌,病毒等,同时可以延长设备使用寿命,降低运行过程能耗,降低运行成本,提高空气品质等。

Description

静电过滤复合空气净化装置
技术领域
[0001] 本发明属于空气调节技术领域,具体的说涉及一种空气净化装置。
背景技术
[0002] 民用和工业建筑的室内环境对于人类活动影响越来越大,室内空气品质直接或间接影响了人们的生活和工作,目前由于各种原因,室内污染情况较为严重。室内污染物主要分为物理污染物,化学污染物,生物污染物三类。物理污染物主要包括油粒,烟雾,粉尘等颗粒物,通过负载化学污染物和生物污染物破坏人体健康;化学污染物主要包括甲醛,苯,一氧化碳,氮氧化物,硫化物和VOC等,直接同人体发生作用破坏免疫系统,产生肺炎,神经炎等疾病;生物污染物包括细菌,霉菌,病毒等,也是直接同人体作用产生疾病。随着现代都市、化进程的加快,人们有80%的时间在室内环境中度过,但被污染的室内环境引发大量健康问题和工作效率下降,据统计中国约8%的慢性疾病同SBS (病态建筑综合征)有关;工业建筑中空气污染情况更为恶化,复杂的生产工艺过程产生严重的污染物,工人工作情绪,劳动效率,健康状况很不乐观,中国卫生研究机构将长期接触高浓度气体污染物和颗粒物的工人列入最易患癌症人群前十位。
[0003] 因此,各种各样的空气净化设备进入市场,主要有过滤网型设备,活性炭型设备,光触媒型设备,紫外线型设备以及各种设备的复合组成形式等,过滤网型设备通过物理拦截方法去除颗粒物;活性炭型设备通过物理吸附方法去除气态污染物;光触媒型设备和紫外线型设备通过化学反应方法去除化学和生物污染物。近年来,许多学者对于空气净化设备进行了研究,如[I]朱义成.空气清洁器.中国专利· 1637355. 2005-07-13.(此专利设计了除水装置以防止除尘过滤单元和除臭单元效果恶化);[2]饶荣水等.一种空气净化器.中国专利.2756997. 2006-2-8.(此专利设计了静电颗粒物过滤,光触媒,紫外线,活性炭吸附的复合空气净化装置);[3]王宝柱,范洪波等.灰霾和臭氧空气净化过滤器.中国专利· 201209927. 2009-3-18.(此专利设计了灰霾和臭氧空气净化装置);[4] ZhengweiLong,Qiang Yao. Numerical simulation of the flow and the collection mechanisminside a scale hyhird particle collector. Powder Technology,2012,34(3),26-37.
(此文献详细描述了集尘孔板在工业用带式除尘器的作用以及此过滤净化系统的数值模拟方法)
[0004] 尽管空气净化设备效率惊人,但仍然有很多人拒绝它,很重要的一点就是运行费用过高,比如高效过滤器更换次数过于频繁,管道阻力加大导致动力设施耗电量升高甚至需要更换动力设备。目前关于空气净化设备的研究更多集中于净化过滤效率,而净化设备的经济性分析,节能手段研究则较少。如果要进一步普及空气净化设备使用率,必须加强其经济性,做到效率性,经济性,环保性,节能性全面协调统一,在保证室内优质空气品质基础上,响应国家建筑节能政策号召,降低能耗和使用费用,使得大多数用户可以接受空气过滤净化系统的运行费用。发明内容
[0005] 为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供一种静电过滤复合空气净化装置,克服现有技术中空气净化设备运行费用过高的问题。
[0006] 本发明的技术方案如下:
[0007] —种静电过滤复合空气净化装置,包括管道以及设置于管道内部的净化装置,所述管道截面为正方形结构,所述净化装置依次包括:垂直于管道设置的初效过滤网、与管道轴向设置的高压电极、垂直于管道设置的集尘均流板和高效过滤器。
[0008] 所述初效过滤网和集尘均流板之间的管道壁左右两侧设置有管道集尘板。
[0009] 所述初效过滤网厚度为40_60mm,外框材料为铁或铝合金,内骨架为钢铁焊接结 构,滤网成V字型,滤料由100%人造纤维缠绕式滤材制成。
[0010] 所述高压电源放电极电压为30-50KV。
[0011] 所述高压电源放电极材料为不锈钢丝,钢琴线,钢针或钨丝的任意一种。
[0012] 所述管道集尘板材料为碳钢或不锈钢。
[0013] 所述集尘均流板开孔率50-70 %,开孔形状为圆形或方形。
[0014] 所述高效过滤器滤料为超细玻璃纤维纸或细玻璃纤维纸。
[0015] 所述高效过滤器滤纸厚度为O. 3-0. 6_,高效过滤器的截面尺寸同风道一致,厚度为150m,高效过滤器的褶皱密度为30-40折/100mm。
[0016] 所述管道材料为具有绝缘性质的玻璃钢。
[0017] 本发明的有益效果是:集尘均流板是由集尘材料制成的多孔板,有四点作用。一是收集带电颗粒,保护高效过滤器(HEPA),延长高效过滤器(HEPA)的使用寿命;二是减少高效过滤器(HEPA)的容尘量,降低压降,节约动力,三是降低空气同高效过滤器(HEPA)上尘土和颗粒的暴露时间,减少空气在颗粒过滤过程中同污染物气体,细菌病毒的二次污染;四是均流作用,使得流过高效过滤器(HEPA)的气流分布较为均匀,加强过滤效果。空气流过集尘均流板进入高效过滤器(HEPA),超细颗粒物被其过滤。
[0018] 用户可以根据自身要求选择高效过滤器(HEPA)以及是否安装管道集尘板,在保证室内空气质量的基础上最大程度降低运行成本。
[0019] 高效过滤器(HEPA)的两端设置单一压差传感器,同时检测过滤器和静电装置的工作状态,保证系统持久运行。
[0020] 本发明空气净化装置能够有效去除颗粒物,气态污染物,细菌,病毒等,同时可以延长设备使用寿命,降低运行过程能耗,降低运行成本,提高空气品质等。
附图说明
[0021] 图I是本发明静电过滤复合空气净化装置结构示意图;
[0022] 图2是本发明静电过滤复合空气净化装置另一种实施方式示意图;
具体实施方式
[0023] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
[0024] 如图I所示,本发明空气过滤净化装置方形管道内部依次包括:初效过滤网I ;高压电源放电极2 ;管道集尘板3 ;集尘均流板4 ;高效过滤器(HEPA) 5 ;传感器取压管6 ;压差传感器7 ;接地线8 ;接地装置9 ;设备管道壁面10 ;法兰连接11。
[0025] 图I和图2的差别在于有无管道集尘板3。若大粒径颗粒(d>lum)浓度大,应安装管道集尘板3,管道集尘板3和集尘均流板4共同收集带电颗粒;若大粒径颗粒(d>lum)浓度小,可无管道集尘板3,仅有集尘均流板4收集带电颗粒;若小粒径颗粒(d〈0. 3um)浓度大,高效过滤器(HEPA) 5应使用超细玻璃纤维纸;若小粒径颗粒(d〈0. 3um)浓度小,可使用细玻璃纤维纸。用户可以根据不同的污染物类型以及室内环境要求选择不同的过滤净化装置型号。
[0026] 本发明工作原理和具体实施方式如下:被污染的空气在HVAC系统中动力设备的作用下,依次通过各个过滤净化设备后释放到室内空间中。
[0027] 空气首先通过初效过滤网1,过滤较大的颗粒物并保护后续的空气净化装置。初 效过滤网I的截面尺寸与风道一致,厚度为40-60_,具体的几何尺寸见图I ;外框材料为铁或铝合金,内骨架为钢铁焊接结构,两者为可拆结构以便于滤料更换和清洗。滤网做成V字型,滤料由100%人造纤维缠绕式滤材制成,过滤面积大,容尘量高,使用寿命长。
[0028] 被过滤的空气进入到高压电源放电极2和管道集尘板3组成的静电过滤区,在常温常压的条件下,高压电极放电产生大量的高能电子,高能电子冲击空气产生活性负离子,高能电子和活性负离子可以使得颗粒带电。部分带电颗粒运动到集尘板实现静电过滤作用,其余带电颗粒以及高能电子和活性负离子进入集尘均流板4。颗粒带电使高效过滤器(HEPA) 5的过滤效率大幅度提高;活性负离子可以同VOC等有害气体发生反应产生无害物质。
[0029] 高压电源放电极2位于管道断面中心,其轴向与管道长度方向一致,中心同初效过滤网I有5-6倍管径距离,同集尘均流板4有4-5倍管径距离,保证放电区域足够大使颗粒荷电充分,管径为方形管道边长长度。具体的几何尺寸见图I ;高压电源放电极2电压为30-50KV ;电极直径为2mm,长度为2_3倍管径,电极形状为圆柱形,锯齿形,芒刺型,鱼骨型;电极材料为不锈钢丝,钢琴线,钢针,钨丝。两块管道集尘板3位于管道左右侧壁,高压电源放电极2位于管道集尘板区域中心,管道集尘板3长度为3-4倍管径,高度为I倍管径,具体的几何尺寸见图I ;管道集尘板3的材料为碳钢和不锈钢,碳钢集尘板厚度为I. 2-2mm,不锈钢集尘板厚度为O. 8-1. 5mm ;管道集尘板3在使用时应接地线。管道集尘板3通过接地线8与接地装置9相连,接地部分保证电安全故必须认真安装。此处方管管径是指方形管道的断面边长。
[0030] 被净化的空气进入小粒径颗粒物过滤区域,空气首先流经集尘均流板4,再流过过滤器。集尘均流板4是由集尘材料制成的多孔板,有四点作用。一是收集带电颗粒,保护高效过滤器(HEPA) 5,延长高效过滤器(HEPA) 5的使用寿命;二是减少高效过滤器(HEPA) 5的容尘量,降低压降,节约动力,三是降低空气同高效过滤器(HEPA) 5上尘土和颗粒的暴露时间,减少空气在颗粒过滤过程中气体污染物,细菌病毒的二次污染;四是均流作用,使流过高效过滤器(HEPA) 5的气流分布较为均匀,加强过滤效果。空气流过集尘均流板4进入高效过滤器(HEPA) 5,超细颗粒物被其过滤。
[0031 ] 集尘均流板4同高压电源放电极2有4-5倍管径距离,其截面同风道截面一致;集尘均流板4由碳钢或不锈钢制作,厚度为4-7mm ;集尘均流板4开孔率50-70%,开孔形状为圆形或方形,开孔沿断面均匀布置,具体的几何尺寸见图I。开孔率小,集尘均流板4收集的带电颗粒多,空气阻力大,利于保护后置的过滤设备,开孔率大则效果相反。因此,低开孔率集尘板适用于粉尘浓度高的场所,高开孔率集尘板适用于粉尘浓度低的场所。集尘均流板4通过接地线8与接地装置9相连,接地部分保证电安全故必须认真安装。
[0032] 高效过滤器(HEPA)5采用无隔板形式,无隔板过滤器风量在相同压降条件下比有隔板的大;高效过滤器(HEPA)5的滤料为超细玻璃纤维纸,对于3um颗粒过滤效率达到99%以上;若滤料为细玻璃纤维纸,对于3um颗粒过滤效率达到60% -90% ;滤纸厚度为O. 3-0. 6mm;高效过滤器(HEPA) 5的截面尺寸同风道一致,厚度为150mm;高效过滤器(HEPA) 5的褶皱密度为30-40折/100mm,较大的褶皱密度保证较低的过滤风速。
[0033] 集尘均流板4以及高效过滤器(HEPA) 5的具体结构形式(如褶皱密度,褶皱深度等)的具体参数(如开孔形状,开孔率,距离过滤器的距离等)需根据实际的现场条件和工况来确定,数值仿真技术(如CFD)是提供设计依据的有效手段。
[0034] 高效过滤器(HEPA) 5的两端装有压差传感器7,将信号传至楼宇控制中心,检测整体空气过滤系统。若压差过高(超过3倍初阻力),说明过滤器应该更换;若压差基本为零, 说明过滤器被堵死;若压差在较短的时间内达到较大数值,说明前置的静电系统对于目前的污染空气作用较差,应重新设计和改造静电系统。
[0035] 过滤净化设备管道材料为具有绝缘性质的玻璃钢。若管道材料同普通风道一致为金属体,则方管四个表面全部为集尘板,不利于清洗维护。
[0036] 此系统在去除颗粒物的同时也直接或间接地净化气态污染物以及细菌病毒。首先,高压电极放电产生高压电场,在电场和高速电子冲击下气态污染物以及病毒细菌的结构会被破坏;其次,大量的颗粒物被去除,气态污染物以及病毒细菌失去了赖以依靠的载体,其威胁人类健康的几率大大降低;第三,此系统对于气态污染物以及病毒细菌的初级净化有利于提高后续专业装置(如光触媒和紫外线净化,活性炭吸附)效率的提高。
[0037] 如图2所示,无管道集尘板3,仅通过均流集尘板4收集带电颗粒,高压电源放电极2的长度和布置不同于图1,直接朝向均流集尘板4放电。高压电源放电极2位于管道断面中心,其轴向与管道长度方向一致,电极左端同图I电极中心有2-3D距离,电极长度有1-2D(D为管径)距离,具体见图2。
[0038] 空气经过初效过滤,静电过滤等过程释放到封闭空间中。用户可以根据室内空间颗粒物的性质以及室内空间使用要求选择不同的过滤器类型(如对空气品质要求高,则选用图I型号采用超细玻璃纤维纸,但造价也高;如对空气品质要求一般,则选用细玻璃纤维纸,但造价有所降低)。
[0039] 尽管结合附图对本发明进行了上述描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下,还可以做出很多变形,这些均属于本发明的保护之列。

Claims (10)

1. 一种静电过滤复合空气净化装置,包括管道以及设置于管道内部的净化装置,其特征在于,所述管道截面为正方形结构,所述净化装置依次包括:垂直于管道设置的初效过滤网、与管道轴向设置的高压电极、垂直于管道设置的集尘均流板和高效过滤器。
2.根据权利要求I所述的静电过滤复合空气净化装置,其特征在于,所述初效过滤网和集尘均流板之间的管道壁左右两侧设置有管道集尘板。
3.根据权利要求I或2所述的静电过滤复合空气净化装置,其特征在于,所述初效过滤网厚度为40-60_,外框材料为铁或铝合金,内骨架为钢铁焊接结构,滤网成V字型,滤料由100%人造纤维缠绕式滤材制成。
4.根据权利要求I或2所述的静电过滤复合空气净化装置,其特征在于,所述高压电源放电极电压为30-50KV。
5.根据权利要求I或2所述的静电过滤复合空气净化装置,其特征在于,所述高压电源放电极材料为不锈钢丝,钢琴线,钢针或钨丝的任意一种。
6.根据权利要求2所述的静电过滤复合空气净化装置,其特征在于,所述管道集尘板材料为碳钢或不锈钢。
7.根据权利要求I或2所述的静电过滤复合空气净化装置,其特征在于,所述集尘均流板开孔率50-70 %,开孔形状为圆形或方形。
8.根据权利要求I或2所述的静电过滤复合空气净化装置,其特征在于,所述高效过滤器滤料为超细玻璃纤维纸或细玻璃纤维纸。
9.根据权利要求8所述的静电过滤复合空气净化装置,其特征在于,所述高效过滤器滤纸厚度为O. 3-0. 6mm,高效过滤器的截面尺寸同风道一致,厚度为150m,高效过滤器的褶皱密度为30-40折/100mm。
10.根据权利要求I或2所述的静电过滤复合空气净化装置,其特征在于,所述管道材料为具有绝缘性质的玻璃钢。
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