CN103331210A - 管式空气净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管状空气净化系统，通过此可除去空气流中的各种尺寸的颗粒。此系统包括空气入口、空气出口和安装在它们之间的颗粒去除单元，所述颗粒去除单元包括具有低介电常数的材料的管阵列，当空气流过系统时，在空气流和管子材料之间会产生静电效应，由此可去除包含在空气流中的颗粒。本发明还提供了一种用于通过产生在空气流和所述材料之间静电效应，从空气流中去除颗粒的方法。

Description

管式空气净化系统

本申请为2011年1月21日提交的申请号为201110023805.4的同名中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种空气净化系统，用于去除流经该系统的空气中所含的各种尺寸的尘粒。

背景技术

在现有技术中已知了多种类型的空气净化系统。例如在传统的空气净化系统中已广泛使用了滤尘网和/或除尘袋，其中尘粒被捕集到粉尘滤网上或除尘袋中。这种空气过滤器具有结构简单的优点；然而其要求定期地清洁或更换滤尘网或除尘袋，因此非常不方便并且也不经济。与此同时，滤尘网或除尘袋的存在也会带来较高的空气阻力。这种空气阻力会阻碍空气流的运动，并因此降低了尘粒去除效率。

美国专利US7594954公开了一种空气净化系统，其可通过静电效应来从空气流中除去尘粒。为此，该空气净化系统包括静电过滤器，其具有多个电极，包括分别与高压电源的高电位端子和低电位端子相连的放电电极和接地电极。尽管可达到比较满意的尘粒去除效率，然而该静电过滤器需要有高压电源以产生静电效应，这不仅提高了运行成本，而且使系统的结构复杂化。

发明内容

为了消除一些或全部的上述问题，本发明的目的在于提供一种不需要额外的能量供应的空气净化系统，其能以有效的方式从流过此系统的空气中除去不同尺寸的尘粒。

此目的通过能够在其中以自发的方式产生静电效应的空气净化系统来实现。该系统空气净化包括带有空气入口和空气出口的壳体，以及安装在壳体内的至少一个尘粒去除单元。外界空气经空气入口引入到壳体中，然后流过尘粒去除单元，最终经空气出口从壳体中排出。根据本发明，尘粒去除单元包括由多个管子组成的管阵列。管子的材料选择成使得当空气流过管子时会产生静电效应。因此，通过所产生的静电效应便可去除包含在引入空气流中的尘粒，而不需要额外的能量供应。

如已知的那样，基于接触起电现象和摩擦起电效应，可以通过使两个不同的表面接触到一起然后使它们分开来产生静电。当空气流过特定的表面时，空气分子或原子将会经历上述的接触-分开运动阶段，并因此会产生表面电荷的不平衡，这将最终产生静电。基于该原理，根据本发明的空气净化系统可通过自发产生的静电效应来从空气流中去除尘粒。由于不需要额外的能量供应，整个系统可以低成本地运行，并且系统的结构也得到了简化。同时，管阵列形式的尘粒去除单元也导致了整个结构的重量很轻。此外，由于不需要设置过滤材料如滤尘网，因此空气流的运动不会受到不适当的阻挡。

在一个实施例中，该系统包括至少两个尘粒去除单元。优选地，在一个尘粒去除单元中产生的静电的极性与在和该尘粒去除单元相邻的尘粒去除单元中产生的静电的极性相反。能够产生正静电或负静电的材料是众所周知的，并且所属领域的技术人员可进行适当地选择。这样，通过产生于两个相邻尘粒去除单元中的相反极性的静电，就能够显著地提高尘粒的去除效率。

在另一个实施例中，在一个尘粒去除单元中的不同管子的上游端（相对于空气流动方向而言处于上游的端部）位于不同的纵向位置处。作为另选或附加，管子的上游端的端面相对于管子的纵向方向呈倾斜。这种布置也可加强静电的产生，并且因此提高尘粒去除效率。

根据另一个实施例，相对于空气流动方向而言处于上游的尘粒去除单元的管子具有比处于下游的尘粒去除单元的管子更大的直径。作为另选或附加，在一个尘粒去除单元中的管子的轴线偏离于与所述一个尘粒去除单元相邻的尘粒去除单元的管子的轴线。优选地，偏移量大约等于管子的半径。这种布置同样也可加强静电的产生。

尘粒去除单元中的管阵列主要用于从空气流中去除相对较小的尘粒。为了去除一些较大的尘粒，在形成于两个相邻尘粒去除单元之间的隔室的正下方安装了尘粒收集器。有利地是，尘粒收集器包括两个彼此相通但具有不同尺寸的部分柱体，其中较小的一个部分柱体与壳体的底侧相连。通过这种方法，较大的尘粒能被有效地捕集到该收集器中，不会从中再次逸出。优选地，尘粒收集器中的较大的部分柱体具有密封塞，其能被拔出以清洁积累在尘粒收集器中的尘粒。

可选地，可在空气入口处或其附近安装空气导流装置，用于引导外界空气沿着与管子的纵向方向不平行的方向进入壳体。作为另选或附加，在壳体的内部可安装有其他一些空气导流装置，用于改变空气流向和/或速度。通过这种空气导流装置能加强所产生的静电效应。

在一个实施例中，壳体具有检修门，以便取出尘粒去除单元来进行清洁或更换。

根据本发明的空气净化系统可用于多种室外或室内的条件下。例如，该系统可安装在汽车的外侧，以便在汽车运动时除去粉尘。另外，该系统可安装在多风区域，例如路边或建筑物内部的任何位置。此外，该系统也可安装在建筑物的屋顶，以便在空气流流过系统时除去尘粒。显然，在上述位置处安装空气净化系统不仅成本低，操作也简单。

附图说明

附图用于帮助理解本发明。其构成说明书的一部分但并不在任何方面限制本发明的范围。在图中：

图1显示了根据本发明的管式空气净化系统的剖视图；

图2显示了图1所示管式空气净化系统沿A-A向的截面图；

图3显示了一个尘粒去除单元中的管子的侧视图；和

图4显示了两个相邻尘粒去除单元中的管子的交错布置。

具体实施方式

在下文中将参考附图来详细地说明本发明。

如图1所示，根据本发明的空气净化装置10具有壳体1。在图1所示的例子中，壳体的形状为立方体盒子状。然而本领域的技术人员可以理解的是，其他形状的壳体1如环形、平行六面体形等也同样属于本发明的范围中。空气入口2和空气出口3分别位于壳体1的前侧和后侧。如箭头所示，外界空气可经空气入口2进入到壳体1中，在经空气净化系统10处理后通过空气出口3从壳体1中排出。如需要的话，在空气入口2附近的位置可选地安装了抽气机（未示出），以保持所希望的空气流速。

根据本发明，空气净化系统10包括至少一个尘粒去除单元20，其形式为中空管的阵列（在图2中最佳地示出）。尘粒去除单元20构造为模块化单元，因此，其可通过位于壳体1侧部的检修门（未示出）从壳体1中容易地取出以进行清洁或更换，然后重新插入到其中。在一个例子中，可以使用超声方法来清洁尘粒去除单元20。

图2是空气净化系统10沿A-A向的截面图，其仅作为例子显示了管子25在尘粒去除单元20中的一种布置。如所示，管阵列是由总共20根管子、以5排和每排4根的形式而组成的规则排列。当然，应当了解的是，管阵列可为不规则的排列，以适应不同形状的壳体1。如图2所示，管子25通过保持件18而固定在一起，从而获得一个模块化单元，以便进行整体式安装。在一个实施例中，此保持件18为缠绕在管阵列外周上的胶带。当然，也可通过在管子25的接触区域16处直接施加粘结剂而把管子25保持在一起。

尘粒去除单元20中的管子25可由具有低介电常数的材料构成，例如尼龙、硅橡胶等。因此，当空气流过管阵列时，由于在空气流和管子25的表面之间的接触-分离相互作用，会在每个管子的外周处自然地产生静电效应。这种自发产生的静电效应能够从引入空气流中捕集细小的尘粒、例如尺寸小于10μm的尘粒，并且使这些被捕集的尘粒粘附到管子的外表面上。因此，包含在引入到壳体1内的空气中的尘粒得以从空气流中去除，并且因此沉积到形成于管子25的外表面之间的空间12中。接着，在穿过管阵列后的没有或几乎没有尘粒的空气将通过空气出口3从空气净化系统10排入到外界环境中。这样，可以通过自发产生的静电效应来从所引入的空气中除去尘粒，不需要提供额外的能量供应源。所以，整个空气净化系统10可以低成本的方式运行。同时，由于在现有技术中所需的额外能量源在这里是非必须的，因此空气净化系统10的结构可得到显著的简化。而且，由于管阵列的结构，尘粒去除单元整体和因此整个空气净化系统的重量均较轻。此外，在一个实施例中，管子25可选用普通的吸管，这将带来成本效益非常合算的结构。

为了在管阵列中有效地产生静电效应，建议加强穿过管阵列的空气流和管子的表面之间的接触-分离相互作用。如图1所示，可选地在空气入口2处或附近安装了空气导流装置5。该空气导流装置5可实施为多个导叶，其设置成与壳体1的纵向方向（即管子25的纵轴）不平行。因此，当将空气引入壳体时，空气将相对于管子25的纵轴成一定角度地流动。在这种情况下，在进入空气流和管子表面之间的接触-分离相互作用得到了加强，并因此可获得对于去除尘粒来说很有利的高能级静电效应。此外，在壳体内还可设置其它的空气导流装置，用于改变壳体中的空气流向和/或速度，从而进一步加强接触-分离相互作用。这种其它的空气导流装置例如可实施为挡板、节流结构等，并可安装在形成于两个相邻尘粒去除单元之间的隔室50中。

在另一个实施例中，也可通过选择管子25的特定几何参数来加强静电效应。测试显示，如果管子25的长度L与其直径D的比例不超过10即L≤10D，则可获得令人满意的静电效应。一般来说，管子25的直径D一般在5到10mm范围内变动；这样，其长度可相应地选择为小于50到100mm。根据一个特定实施例，管子的直径D为5mm，其长度L为50mm，管子由PVC构成，引入空气的流速为1m/s，这样，尘粒的去除效率可高达10-35%。

图3显示了根据本发明的管子结构的一种有利变型。在所示的尘粒去除单元20中，尽管所有管子25的下游端22（根据由图中箭头示出的空气流向来定义）终止于同一个垂直表面内，然而其上游端21并未位于同一个垂直表面内；也就是说，在一个单元中每个管子25的上游端21并不从相同的纵向位置处开始。因此，可获得所谓的“分层布置”。作为另选或附加，如图3中的标号21a,21b所示，一些管子25的上游端的端面相对于纵向方向形成了一定角度，例如锐角。优选地，一些管子的上游端相对于纵向方向形成正锐角，同时与之相邻的管子的上游端相对于纵向方向形成负锐角。通过分层布置或者倾斜端面的设置或者这二者的结合，可进一步加强上述的接触-分离相互作用，从而可导致强静电效应。

再次参考图1，根据本发明的空气净化系统10可包括两个或更多个沿壳体1的纵向方向顺序布置的尘粒去除单元。因此，在每两个尘粒去除单元之间可形成隔室50。在图1所示的例子中，在壳体中一个接一个地安装了三个模块化的尘粒去除单元20、30、40，因此在三个单元20、30、40之间形成了两个隔室50。可选地，还可在空气出口3之前提供额外的隔室52。显然，根据本发明的空气净化系统可包括更多个尘粒去除单元和隔室，并且尘粒去除单元和隔室的数量可由本领域的技术人员根据需要进行选择。

如上所述，根据本发明的空气净化系统10在因空气流和管表面之间的接触-分离相互作用而产生于管阵列中的静电效应下工作。在一个优选实施例中，不同尘粒去除单元中的管子的材料不同，使得在一个单元中产生正的或负的静电，而在与该单元相邻的单元中产生负的或正的静电。也就是说，产生于两个相邻尘粒去除单元中的静电的极性是相反的。可产生正或负静电的材料是所知的；例如，橡胶皮毛、玻璃、尼龙和毛织物等可产生正静电，而硅橡胶、特氟龙、聚丙烯和赛璐珞等可产生负静电。在一个优选实施例中，尘粒去除单元中的管子由尼龙制成，而设置在其后的单元中的管子由硅橡胶制成。通过这种方法，在空气净化系统的相邻尘粒去除单元中可以选择性地产生极性相反的正静电和负静电，从而可以显著地提高粉尘去除效率。

在安装有多个模块化尘粒去除单元的情况下，通过选择不同尘粒去除单元中的管子的直径，也可进一步提高尘粒去除效率。例如，为了方便起见，一个单元中的管子一般制造为具有相同的直径；然而在沿空气流动方向布置的不同尘粒去除单元中，管子直径可逐渐减小。在图1所示的例子中，尘粒去除单元20中的管子的直径大于尘粒去除单元30中的管子的直径，而其又大于尘粒去除单元40中的管子的直径。

作为一种变型，所有单元中的所有管子都具有相同的直径；但是在一个单元中的管子的纵轴与相邻单元的管子的纵轴不对齐。如图4所示，在尘粒去除单元20中的管子25a的纵轴28a偏离于在尘粒去除单元30中的相应管子25b的纵轴28b，偏离量为Δ。通过这种交错布置，可以进一步加强静电效应，并且因此尘粒去除效率也可最大化。作为一个优选的实施例，偏移量Δ大约等于管子的半径。

通过在这里所产生的静电效应，尘粒去除单元主要能从空气中去除相对细小的颗粒，比如直径小于10μm的颗粒。但是，有时进入的空气中带有较大的颗粒，其也需要除去。为此，在两个尘粒去除单元之间的隔室50可用作较大颗粒的去除结构。这通过在所进入的空气流离开一个单元并将进入下一个单元时在隔室中自然产生的湍流现象来实现。由于产生在隔室50中的湍流现象，较大颗粒将会落入直接安装在隔室50下面的底部收集器70中。根据本发明的一个实施例，为了更有效地除去较大颗粒，隔室50的长度优选为短于尘粒去除单元20的长度L。在一个特定实施例中，隔室50的长度短于单元20的长度L的一半。测试显示，在隔室50的长度短于单元20的长度L的一半时可以获得良好的结果。

此外，在一个有利实施例中，底部收集器70由具有不同直径但彼此相通的两个部分柱体组成。也就是说，底部收集器70的横截面为葫芦状。较小的部分柱体与壳体1相连。通过这种方法，从空气流中分离出来的较大尘粒将被有效地捕集到底部收集器70的较大柱体中，并且很难从中脱离，这样便可显著地提高尘粒去除效率。为了方便地清洁积累在其中的尘粒，底部收集器70具有密封塞（未示出），其例如安装在较大柱体的底部。密封塞可被拔出，以便通过适当的工具来清洁积累在底部收集器70中的尘粒。

应注意的是，前面所述的例子仅以解释为目的，而不能认为是限制了本发明。虽然已经根据示例性实施例对本发明进行了描述，然而应当理解，这里使用的是描述性和说明性的语言，而不是限制性的语言。在当前所述的和修改的所附权利要求的范围内，在不脱离本发明的范围和精神的范围中，可以对本发明进行改变。尽管这里已经根据特定的方式、材料和实施例对本发明进行了描述，但本发明并不仅限于这里公开的细节；相反，本发明可扩展到例如在所附权利要求的范围内的所有等同功能的结构、方法和应用。

Claims (10)

1.一种空气净化系统，包括带有空气入口和空气出口的壳体以及至少一个尘粒去除单元，外界空气经所述空气入口引入到所述壳体中，在流过所述尘粒去除单元后再经所述空气出口从所述壳体中排出，

其中，所述尘粒去除单元包括由多个管子组成的管阵列，所述管子的材料选择成使得当空气流过管子时会产生静电效应，从而通过所产生的静电效应从空气流中去除尘粒。

2.根据权利要求1所述的空气净化系统，其特征在于，所述系统包括至少两个尘粒去除单元。

3.根据权利要求2所述的空气净化系统，其特征在于，产生于一个尘粒去除单元中的静电具有与产生于与所述尘粒去除单元相邻的尘粒去除单元中的静电相反的极性。

4.根据权利要求3所述的空气净化系统，其特征在于，一个尘粒去除单元中的管子的材料选自至少由橡胶皮毛、玻璃、尼龙和毛织物组成的组，同时与所述尘粒去除单元相邻的尘粒去除单元中的管子的材料选自至少由硅橡胶、特氟龙、聚丙烯和赛璐珞组成的组。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的空气净化系统，其特征在于，所述管子的长度L和直径D满足L≤10D的关系。

6.根据权利要求1到4中任一项所述的空气净化系统，其特征在于，同一尘粒去除单元中的不同管子的相对于空气流动方向的上游端安装在不同的纵向位置处。

7.根据权利要求2到4中任一项所述的空气净化系统，其特征在于，一个尘粒去除单元中的管子的轴线偏离于与所述一个尘粒去除单元相邻的尘粒去除单元中的管子的轴线。

8.根据权利要求2到4中任一项所述的空气净化系统，其特征在于，在形成于两个相邻尘粒去除单元之间的隔室的下方安装了尘粒收集器。

9.根据权利要求1到4中任一项所述的空气净化系统，其特征在于，在空气入口处或附近处安装了空气导流装置，用于将外界空气沿着与管子的纵向方向不平行的方向引入到所述壳体中。

10.根据权利要求1到4中任一项所述的空气净化系统，其特征在于，通过保持件把一个管阵列中的管子固定在一起，以便于将管阵列作为一个整体安装到所述尘粒去除单元中。

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