CN103331069A - 一种高效空气过滤除湿装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效空气过滤除湿装置，由去除大液滴的旋转过滤模块及去除亚微米液滴的惯性碰撞过滤模块两部分组成，旋转过滤模块I由迎风面向内依次为叶片式旋流布气管、渐缩式离心分离管、伸入式空气均流出口组成；惯性碰撞过滤模块由渐扩式减速均流管、惯性碰撞分离板和气流出口组成，渐缩式离心分离管与惯性碰撞分离板底端均设有集水出流管。本发明通过计算流体力学技术计算确定各部分的尺寸比例，保证过滤模块结构合理、体积和结构阻力变化小、使用寿命长、不积水不需维护。本发明设计结构紧凑，专门为经常暴露于高湿环境的空气过滤系统使用，也可以直接作为其他空气过滤器的预过滤结构使用。

Description

一种高效空气过滤除湿装置

技术领域

本发明属于空气过滤技术领域，尤其是涉及一种高效空气过滤除湿装置，专门为常处于高湿环境的空调系统提供防液滴、低阻力的空气预过滤除湿模块。 

背景技术

现有交通工具(包括铁路列车、汽车、轮船)用的空气过滤器，按过滤器结构来分，主要由有隔板折叠式、无隔板折叠式到圆筒式三个类别。金属网状滤芯由于过滤效率太低，在汽车等交通工具上已经趋于淘汰。从六十年代开始，出现了新型折叠纸质滤芯，技术上经过不断完善，具有过滤效率高，为95％～99％，成本低，维修方便，结构尺寸小，因而现阶段获得广泛使用。但由于该种纤维制成的过滤器并不具有很强的疏水性，在下雨气候条件下常出现堵塞，寿命短，不适于经常暴露于多雨高湿环境中交通工具用空气过滤系统使用，甚至会造成在下雨条件下空气过滤系统的被迫停用现象，造成使用的不便和安全隐患。同时现有的防雨隔板采用极简易的方式仅去除大粒雨滴，仍然不能保证长时间在高湿环境中的正常使用，设计缺乏科学性，无法根据实际需要计算液滴去除效率及设计过滤器的尺寸形式。 

交通工具用的空气过滤器需要包括以下几方面性能：(1)满足防水、防火、耐霉等特殊要求；(2)过滤效率高；(3)气流阻力小；(4)机械强度大；(5)均匀性好。然而目前国内市场上交通工具使用的过滤器的结构普遍存在以下缺点：一是防雨水性能极差，在高湿环境下极易造成过滤器堵塞；二是过滤器结构单一，过滤器使用过程中，容尘分布不合理，大颗粒在纤维滤料上造成阻力增加比较快，降低了过滤器的使用寿命；三是机械强度低、耐霉性能差。 

发明内容

本发明针对交通工具用空气过滤器中滤料存在以上技术问题，通过计算流体力学技术对过滤器结构与功能进行了科学合理的设计，从而发明了一种交通工具空气 过滤系统专用的除液滴、长寿命、低阻力复合过滤器结构。 

本发明的目的在于提供一种除液滴、长寿命、低阻力复合过滤器结构，专门用在交通工具的空气过滤系统中，以达到液滴与空气中颗粒污染物分级过滤的实际需要，使用过程中具有阻力变化小，机械强度高，使用寿命长等特点。 

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 

一种高效空气过滤除湿装置，主要由去除大液滴的旋转过滤模块及去除亚微米液滴的惯性碰撞过滤模块两部分组成，其中， 

旋转过滤模块由迎风面向内依次设置的叶片式旋流布气管、渐缩式离心分离管以及伸入式空气均流出口组成，渐缩式离心分离管的入口底端设有集水出流管，气流通过叶片式旋流布气管在所需空气处理量条件下形成符合气动原理的旋转气流，进入渐缩式离心分离管利用离心力将旋转气流中的大液滴压迫到管壁，并利用管道的倾斜将碰撞在管壁上的液滴通过集水出流管排出； 

惯性碰撞过滤模块由依次设置并与旋转过滤模块对应连接的渐扩式减速均流管、惯性碰撞分离板和气流出口组成，惯性碰撞分离板的底端设有集水出流管，惯性碰撞分离板的底端设有集水出流管，去除大液滴的气流通过伸入式空气均流出口进入渐扩式减速均流管，气流速度降低并均匀化，通过惯性碰撞分离板将亚微米级液滴与气流分离，液滴向下流汇集到底部集水出流管排出。 

作为优选的实施方式，叶片式旋流布气管为高径比为1∶1-1∶1.25的圆筒形结构，叶片式旋流布气管的中间设有一同心圆柱，叶片式旋流布气管与同心圆柱之间均布有3-5片相同的旋转叶片，旋转叶片的旋转角度均大于九十度，保证进入的气流发生离心偏转。根据实际需要去除液滴的尺寸、气流的速度和应用场所的空间限制，通过计算流体力学的方法确定孔口的大小以及孔口内叶片的角度。 

作为优选的实施方式，渐缩式离心分离管由旋转气流速度与旋流管直径变化的关系确定最佳的旋流管梯度角度；由上一层气流旋转孔的叶片角度和气流需要在旋流管内的旋转圈数确定旋流管的长度；由环境对液滴去除量的需求确定旋流管梯度底端的引流口大小。确定渐缩式离心分离管入口端管径与叶片式旋流布气管管径相同，渐缩段坡度角为15-30度，渐缩段长度为2-3倍入口直径。 

作为优选的实施方式，伸入式空气均流出口为自内向外渐扩的喇叭口结构，入口与出口直径比为1∶2.5-1∶3，坡度角20-45度，出口处与渐缩式离心分离管的出口等径连接，伸入部分避免压迫到旋流管壁末端的液滴被气流吹起再次进入空气中， 同时其末端均流出口保证空气在流出面上均匀分布，保证下级惯性碰撞过滤模块的最大使用面积。 

作为优选的实施方式，渐扩式减速均流管为渐扩喇叭口结构，气流入口端与渐缩式离心分离管的出口等径相连，气流出口端与惯性碰撞分离板等径相连；入口端与出口端的直径比为1∶2.5-1∶4，坡度角为20-45度。 

作为优选的实施方式，惯性碰撞分离板主要由分流孔板及碰撞孔板组成，分流孔板上均匀开孔，孔直径与相邻孔间间距比为1∶2，分流孔板与碰撞孔板之间设有厚度为2-5毫米的空腔，空气通过孔板上的开孔与碰撞板接触发生绕流，而空气中的亚微米细小液滴由于惯性作用脱离空气流线而碰撞在碰撞板。利用此原理去除小至0.5μm的液滴，同时其碰撞板的导流结构保证过滤掉的液滴成流后及时排除不形成积水，不影响碰撞板的长时间使用。 

作为更加优选的实施方式，分流孔板与渐扩式减速均流管的气流出口端等径连接。 

作为更加优选的实施方式，碰撞孔板包括碰撞圆槽板、弯月形出气孔和流槽，碰撞圆槽板的直径、数量和分布与分流孔板上的开孔相互孔对应，弯月形出气孔围绕在碰撞圆槽板周围，流槽围绕在弯月形出气孔周围并串联向下，在底部汇集至集水出流管。 

与现有技术相比，本发明涉及一种专门为常处于高湿环境的空气过滤系统提供防液滴、低阻力的空气预过滤模块，与市场上销售和正在使用的空气过滤器中的与过滤结构相比，其优势在于： 

(1)本发明为了实现空气过滤系统在下雨、高湿环境下避免堵塞，改变现有单一组分纤维式的过滤器构成，采用由迎风面向内依次为多孔气流旋转孔板、梯度旋流管和伸入式的空气均流出口组成的多孔过滤模块来实现这一实际需求。 

(2)本发明弥补了一般预过滤结构功能单一、各种尺寸颗粒统一过滤、寿命低等不足。由于采用了旋转过滤模块和惯性碰撞模块结合的方式，过滤器实现了优先去除大颗粒，然后去除亚微米级小颗粒的形式。旋转过滤模块具有合理的几何结构和孔径分布，可以发挥旋转过滤模块的结构效应和去除液滴效应，因而过滤效率高，气流阻力低，尺寸灵活度也有了较大提高。 

(3)本发明采用计算流体力学技术，根据气流流动速度和具体环境需要设计多孔气流旋转孔板的叶片角度，以及梯度旋流管的梯度角度和长度等，使得本发明 所述过滤器结构除液滴等性能都能达到最优。 

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图； 

图2为惯性碰撞分离板的剖视结构示意图。 

图3为惯性碰撞分离板局部示意详图。 

图中：I旋转过滤模块；II惯性碰撞过滤模块；1叶片式旋流布气管；2渐缩式离心分离管；3伸入式空气均流出口；4渐扩式减速均流管；5惯性碰撞分离板；6气流出口；7集水出流管；8集水出流管；9分流孔板；10碰撞孔板；11碰撞圆槽板；12弯月形出口；13流槽；14空腔。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 

实施例 

一种高效空气过滤除湿装置，其结构如图1所示，结构主体由去除大液滴的旋转过滤模块I及去除亚微米液滴的惯性碰撞过滤模块II两部分组成。旋转过滤模块I由迎风面向内依次为叶片式旋流布气管1、渐缩式离心分离管2、伸入式空气均流出口3组成；惯性碰撞过滤模块II由渐扩式减速均流管4、惯性碰撞分离板5和气流出口6组成；其中渐缩式离心分离管2与惯性碰撞分离板5底端分别设有集水出流管7和集水出流管8。 

叶片式旋流布气管1为高径比为1∶1-1∶1.25的圆筒形结构，在叶片式旋流布气管1的中间设有一同心圆柱，叶片式旋流布气管1与同心圆柱之间均布有3-5片相同的旋转角度均大于九十度的旋转叶片，从而能够保证进入的气流发生离心偏转。另外还可以根据实际需要去除液滴的尺寸、气流的速度和应用场所的空间限制，通过计算流体力学的方法确定孔口的大小以及孔口内叶片的角度。 

渐缩式离心分离管2为自外向内呈渐缩式结构，由旋转气流速度与旋流管直径变化的关系确定最佳的旋流管梯度角度；由上一层气流旋转孔的叶片角度和气流需要在旋流管内的旋转圈数确定旋流管的长度；由环境对液滴去除量的需求确定旋流管梯度底端的引流口大小，入口端管径与所述的叶片式旋流布气管1的管径相同， 渐缩段的坡度角为15-30度，渐缩段的长度为入口直径的2-3倍。 

伸入式空气均流出口3为自内向外渐扩的喇叭口结构，入口与出口直径比为1∶2.5-1∶3，坡度角20-45度，出口处与渐缩式离心分离管2的出口等径连接。伸入式空气均流出口3可以避免压迫到旋流管壁末端的液滴被气流吹起再次进入空气中，同时其末端均流出口保证空气在流出面上均匀分布，保证下级惯性碰撞过滤模块的最大使用面积。 

渐扩式减速均流管4为渐扩喇叭口结构，气流入口端与渐缩式离心分离管2的出口等径相连，气流出口端与惯性碰撞分离板5等径相连；入口端与出口端的直径比为1∶2.5-1∶4，坡度角为20-45度。 

惯性碰撞分离板5的结构如图2-3所示，由集水出流管8、分流孔板9、碰撞孔板10和空腔14构成；分流孔板9上均匀开孔，孔直径与相邻孔间间距比为1:2；分流孔板9与碰撞孔板10之间有空腔14，空腔厚度为2-5毫米。其中，碰撞孔板10包括碰撞圆槽板11、弯月形出气孔12和流槽13；碰撞圆槽板11的直径、数量和分布与分流孔板9上孔对应相等；弯月形出气孔12围绕在碰撞圆槽板11周围，流槽13围绕在弯月形出气孔12周围，并串联向下，在底部汇集到集水出流管8。 

本发明在工作时，气流通过叶片式旋流布气管1在所需空气处理量条件下形成符合气动原理的旋转气流，进入渐缩式离心分离管2利用离心力将旋转气流中的大液滴压迫到管壁，并利用管道的倾斜将碰撞在管壁上的液滴通过集水出流管7集中排除。去除大液滴的气流通过伸入式空气均流出口3进入渐扩式减速均流管4，气流速度降低并均匀化，通过惯性碰撞分离板5的分流孔板9将气流分流，每股气流以一定速度碰撞到碰撞孔板10的碰撞圆槽板11上，由于惯性作用，亚微米级液滴与气流分离，液滴通过流槽13向下流汇集到底部集水出流管8流出装置，脱水后的气流通过弯月形出口12流出预过滤装置进入下一单元。 

Claims (9)

1.一种高效空气过滤除湿装置，其特征在于，该装置包括：

旋转过滤模块(I)：用于去除大液滴，由迎风面向内依次设置的叶片式旋流布气管(1)、渐缩式离心分离管(2)以及伸入式空气均流出口(3)组成，所述的渐缩式离心分离管(2)的入口底端设有集水出流管(7)，气流通过叶片式旋流布气管(1)处理形成符合气动原理的旋转气流，进入渐缩式离心分离管(2)利用离心力将旋转气流中的大液滴压迫到管壁，并利用管道的倾斜将碰撞在管壁上的液滴通过集水出流管(7)排出；

惯性碰撞过滤模块(II)：用于去除亚微米液滴，由依次设置并与旋转过滤模块(I)对应连接的渐扩式减速均流管(4)、惯性碰撞分离板(5)和气流出口(6)组成，惯性碰撞分离板(5)的底端设有集水出流管(8)，去除大液滴的气流通过伸入式空气均流出口(3)进入渐扩式减速均流管(4)，气流速度降低并均匀化，通过惯性碰撞分离板(5)将亚微米级液滴与气流分离，液滴向下流汇集到底部集水出流管(8)排出。

2.根据权利要求1所述的一种高效空气过滤除湿装置，其特征在于，所述的叶片式旋流布气管(1)为高径比为1∶1-1∶1.25的圆筒形结构，所述的叶片式旋流布气管(1)的中间设有一同心圆柱，所述的叶片式旋流布气管(1)与所述的同心圆柱之间均布有3-5片相同的旋转叶片。

3.根据权利要求2所述的一种高效空气过滤除湿装置，其特征在于，所述的旋转叶片的旋转角度均大于九十度。

4.根据权利要求1所述的一种高效空气过滤除湿装置，其特征在于，所述的渐缩式离心分离管(2)自外向内呈渐缩式结构，所述的渐缩式离心分离管(2)的入口端管径与所述的叶片式旋流布气管(1)的管径相同，渐缩段的坡度角为15-30度，渐缩段的长度为入口直径的2-3倍。

5.根据权利要求1所述的一种高效空气过滤除湿装置，其特征在于，所述的伸入式空气均流出口(3)为自内向外渐扩的喇叭口结构，入口与出口直径比为1∶2.5-1∶3，坡度角20-45度，出口处与渐缩式离心分离管(2)的出口等径连接。

6.根据权利要求1所述的一种高效空气过滤除湿装置，其特征在于，所述的渐扩式减速均流管(4)为渐扩喇叭口结构，气流入口端与渐缩式离心分离管(2)的出口等径相连，气流出口端与惯性碰撞分离板(5)等径相连；入口端与出口端的直径比为1∶2.5-1∶4，坡度角为20-45度。

7.根据权利要求1所述的一种高效空气过滤除湿装置，其特征在于，所述的惯性碰撞分离板(5)主要由分流孔板(9)及碰撞孔板(10)组成，所述的分流孔板(9)上均匀开孔，孔直径与相邻孔间间距比为1∶2，所述的分流孔板(9)与碰撞孔板(10)之间设有厚度为2-5毫米的空腔(14)。

8.根据权利要求7所述的一种高效空气过滤除湿装置，其特征在于，所述的分流孔板(9)与渐扩式减速均流管(4)的气流出口端等径连接。

9.根据权利要求7所述的一种高效空气过滤除湿装置，其特征在于，所述的碰撞孔板(10)包括碰撞圆槽板(11)、弯月形出气孔(12)和流槽(13)，所述的碰撞圆槽板(11)的直径、数量和分布与分流孔板(9)上的开孔相互孔对应，所述的弯月形出气孔(12)围绕在碰撞圆槽板(11)周围，所述的流槽(13)围绕在弯月形出气孔(12)周围并串联向下，在底部汇集至集水出流管(8)。

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