CN103349879B - 一种热泳空气净化装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种热泳空气净化装置及方法，属于空气净化技术领域。本发明以热泳技术为原理，人工营造出稳定的温度梯度，使得在该温度场的空气中的颗粒物受到热泳力作用而改变运动轨迹，附着在低温表面上被除去。热泳空气净化装置包括壳体、热泳积尘管和送风机；利用风机强制通风或热压通风的方式使空气流经热泳积尘管，达到被过滤的效果。经过理论计算、软件模拟和实物制作测试的方式，发现本发明具有绿色环保、无二次污染、阻力小、空气过滤装置效率高等特点，对细颗粒物有很好的过滤效果；对于PM2.5的平均一次通过效率近40%，最高可达60%。同时，该设备结构简单、热泳积尘管便于拆卸清洗，维护费用低。

Description

一种热泳空气净化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种空气净化方法及装置，尤其涉及一种基于热泳原理的空气洁净方法及装置。

背景技术

我国正在遭受PM2.5的严重威胁，由于PM2.5污染物的小粒径特点，当今市场上的空气净化器对于PM2.5并没有很好的效果，在这一背景下，研究一种新型的、对于PM2.5有针对性的空气过滤器已经迫在眉睫。

PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。室内的PM2.5浓度最高可达室外的2/3，而人一生中在室内空间呆的时间超过80%，所以说室内人居环境也收到PM2.5的极大威胁。

市场上现有的空气净化方式中主要有纤维过滤和静电除尘，但是这两种方式均存在明显的劣势。纤维过滤的方式阻力大，会造成一定的噪音，同时纤维过滤为了保证较高的过滤效率，需要定期更换滤网，而滤网的价格是很高的，这样就使得纤维过滤具有很高的成本。静电除尘的方式主要劣势在于它在工作的过程中会产生臭氧，造成二次污染。静电除尘过程中散发的产物会和空气中的VOCs反应，再次生成细颗粒物。

发明内容

本发明的目的是提供一种热泳空气净化装置及方法，使其可以有效的净化空气，尤其是去除空气中的颗粒物，使其具有绿色环保、无二次污染、制作和维护费低等特点。

本发明的技术方案如下：

一种热泳空气净化装置，其特征在于：该空气净化装置包括净化器的壳体、热泳积尘管和送风机；壳体的底部设有进风口，壳体的顶端设有出风口，在壳体内部分为进风段、净化段和混风段，所述的送风机设置在壳体下部的进风段内；在过滤段中设置多根热泳积尘管，多根热泳积尘管竖向放置，并由上支架和下支架固定；相邻两根热泳积尘管之间及热泳积尘管与壳体之间留有间隙，每根热泳积尘管内均设有一根竖向布置的加热元件。

本发明的技术特征还在于：在混合段的内壁上设有热催化材料。

本发明的另一技术特征是：所述热泳积尘管与上支架和下支架之间的固定连接采用可拆卸结构。

本发明提供的一种热泳空气净化方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1）启动热泳积尘管内的加热元件，并开启送风机，使空气从装置底部的进风口进入，其中一部分空气进入热泳积尘管内部，被加热元件加热，使另一部分空气在热泳积尘管外部流动，使加热元件和热泳积尘管之间由里向外形成递减的温度梯度，该温度梯度至少在100℃/cm以上；在净化段内空气中携带的颗粒物在热泳积尘管内壁上积累；

2）管内空气和管外空气在到达出风口前混合并送出。

上述技术方案中，热泳积尘管内的加热温度为400℃～800℃，热泳积尘管外壁温度为40℃～80℃。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①本发明提供的热泳空气净化装置对细颗粒物（尤其对300nm以下的颗粒物）过滤效果显著，尤其对细颗粒物有很好的过滤效果；对于PM2.5的平均一次通过效率近40%，最高可达60%。；②经过理论计算、软件模拟和实物制作测试的方式，证明本发明具有绿色环保、无二次污染、阻力小、空气过滤效率高等特点；③本装置结构简单，热泳积尘管采用可拆卸结构，因此便于拆卸清洗，维护费用低。

附图说明

图1为本发明提供的一种热泳空气净化装置的结构原理示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为室内不同粒径颗粒物的数量分布图。

图4为采用本发明提供的空气净化装置对350nm以下粒径颗粒物的过滤效率图。

图5为采用本发明提供的空气净化装置对300nm以上粒径颗粒物的过滤效率图。

图中：1-出风口；2-壳体；3-热泳积尘管；4-上支架；5-加热元件；6-加热元件固定座；7-下支架；8-加热元件支架；9-加热元件接线口；10-送风机；11-风机支架；12.变压器；13-引出电线；14-进风口；15-颗粒物；16-混风段；17-净化段；18-进风段；19-热催化材料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构、原理和具体实施方式做进一步的说明。

图1为本发明提供的一种热泳空气净化装置的结构原理示意图，该热泳空气净化装置包括净化器的壳体2、热泳积尘管3和送风机10；壳体的底部设有进风口14，壳体的顶端设有出风口1，在壳体内部分为进风段18、净化段17和混风段16；所述的送风机10设置在壳体下部的进风段内；在过滤段中设置多根热泳积尘管3，多根热泳积尘管3竖向放置，并由上支架4和下支架7固定；相邻两根热泳积尘管3之间及热泳积尘管3与净化器壳体2之间留有间隙，每根热泳积尘管3内均设有一根竖向布置的加热元件5，该加热元件5可采用电加热丝或加热棒；热催化材料19设于混风段内壳体2的内壁上，例如可选用Pt-MnO2或其它热催化材料。

如图2所示，热泳积尘管3由上支架4和下支架7固定，保证其竖直放置，且避免下滑接触到加热元件支架8。为了维护方便，热泳积尘管3采用可拆卸结构，例如可与下支架7之间形成过盈配合或螺纹配合。加热元件5与热泳积尘管3同心布置，被固定在加热元件支架8上的加热元件固定座6中，加热元件3底部为外螺纹，加热元件固定座6为内螺纹。加热元件3从底部引出加热元件接线口9，与变压器12连接。送风机10置于风机支架11上，风机支架11固定在净化装置外壳2上，风机支架11除风机安装部位外需密封，避免漏风。送风机10通过电线与变压器12相连，电压器12通过引出电线13与外部电源连接。上支架4、下支架7、加热元件支架8均要求可靠固定在净化装置外壳2上，且能良好透风。出风口1与壳体2间形成紧配合或螺纹配合，可拆卸。

本发明工作过程如下：

首先启动热泳积尘管3内的加热元件5，并开启风机11，使空气从壳体2底部的进风口14进入，其中一部分空气进入热泳积尘管3内部，被加热元件5加热，热泳积尘管3内的加热温度为400℃～800℃；使另一部分空气在热泳积尘管3与壳体2之间的空隙中流动，维持热泳积尘管3外壁温度为40℃～80℃，使加热元件和热泳积尘管之间由里向外形成稳定递减的温度梯度，温度梯度至少在100℃/cm以上；在净化段内空气中携带的颗粒物15在热泳积尘管3内壁上积累；管内空气和管外空气在到达出风口1前混合并送出。

实施例：

取三根热泳积尘管，热泳积尘管外壳直径2.5cm，长度为25cm，材料为铝；送风机风量为60m³/h；加热元件选取了35W的加热棒，稳定工作时热泳积尘管中加热棒附近空气为400℃，热泳积尘管外壁温度为50℃，温度梯度达到280℃/cm，出口处混风温度60℃左右。两根热泳积尘管间距2cm，热泳积尘管与装置外壳内壁间平均间距1.5cm。

通过三个实验检测过滤器样品性能：

1）、一次通过效率测试

使用仪器：TSI3080（检测范围14nm～620nm），LPC型激光尘埃粒子计数器（检测范围>300nm），室内状况下的各粒径的颗粒物分布情况如图3所示。

测试点：净化装置进出口

测试结果：如图4、图5所示。

通过室内颗粒物粒径分布图可以发现两个峰值分别位于30nm和100nm附近，这说明室内细颗粒物的粒径主要集中在这两个峰值附近，细颗粒物的去除中很重要的一个标准就是这两个峰值的去除。

从测试得到的过滤效率图中可以看到，其对于小粒径颗粒物的过滤效果很理想，在145nm附近能超过60%。另外，关注室内颗粒物分布中的两个峰值粒径，其中100nm的粒径正好处于高效过滤区。这就说明热泳净化装置确实对小粒子有较好地过滤效果。折合成PM2.5，净化装置的一次通过效率可达35.8%，效果理想！

2）、实际房间中的效果测试

房间面积：约10m2

连续除尘时间：0.5小时

工作环境颗粒物浓度变化：

可以看到，房间经过一段时间的过滤其室内颗粒物浓度有了一定程度的降低，最大降低幅度可达10%。而且由于仪器限制只能测得300nm以上的颗粒物浓度状况，根据前一个实验的结果，该净化装置的最佳过滤粒径应该在145nm左右。因此本实验在更小粒径下的过滤效果会更好，而且如果作用时间能进一步增加，其室内颗粒物浓度也会进一步下降。

3）、与纤维除尘净化器比较

对比净化装置型号：夏普KC-W38OSW-W型空气消毒机

测试结果及对比：

从结果可以很明显地看出，纤维除尘净化装置对大粒子的过滤效率确实很高，然而随着粒径减小，其过滤效果也会迅速降低，这是由于小颗粒可以更自由穿过纤维滤网的原因造成的。当粒径小于0.3um，纤维净化装置的过滤效率已经低于热泳净化装置。最终折合成PM2.5其一次过滤效率只有22.15%。

与已有技术对比：

1)效率对比：由上文中效率实验所述，热泳空气净化器的效率完全满足应用需求，同时在细颗粒的范围内，比市场上现有的其它空气净化器效果更佳，对于PM2.5更有针对性。

2）、经济核算对比：热泳空气净化器材料简单，成本低廉，同时无维修费用，在使用过程中只需要定期将热泳管的金属圆筒取下，用刷子清洁即可。

3）与纤维过滤器相比，纤维过滤为原理的净化装置成本更高，同时为了满足较高的过滤效率，需要定期更换滤网，而滤网的价格很昂贵。

4）与静电除尘净化装置相比，静电除尘净化装置成本更高，同时在使用过程中会产生臭氧，产生二次污染。臭氧也会与空气中的挥发性有机化合物反应，再次生成颗粒污染物，严重影响过滤效率。

Claims (5)

1.一种热泳空气净化装置，其特征在于：该空气净化装置包括壳体(2)、热泳积尘管(3)和送风机(10)；壳体的底部设有进风口(14)，壳体的顶端设有出风口(1)，壳体内部分为进风段(18)、净化段(17)和混风段(16)；所述的送风机设置在壳体下部的进风段(18)内；在净化段中设置多根热泳积尘管(3)，多根热泳积尘管(3)竖向放置，并由上支架(4)和下支架(7)固定；相邻两根热泳积尘管(3)之间及热泳积尘管(3)与壳体(2)之间留有间隙，每根热泳积尘管内均设有一根竖向布置的加热元件(5)。

2.按照权利要求1所述的一种热泳空气净化装置，其特征在于：在所述混风段(16)的内壁上，设有热催化材料(19)。

3.按照权利要求1所述的一种热泳空气净化装置，其特征在于：所述热泳积尘管(3)与上支架(4)和下支架(7)之间的固定采用可拆卸结构。

4.一种采用如权利要求1所述装置的热泳空气净化方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1)启动热泳积尘管内的加热元件(5)，并开启送风机(10)，使空气从壳体底部的进风口(14)进入，其中一部分空气进入热泳积尘管(3)内部，被加热元件(5)加热，使另一部分空气在热泳积尘管(3)外部流动，使加热元件(5)和热泳积尘管壁之间由里向外形成稳定递减的温度梯度，该温度梯度至少在100℃/cm以上，在净化段内空气中携带的颗粒物在热泳积尘管(3)内壁上尘积；

2)管内流动的空气和管外流动的空气在混风段(16)混合后由出风口(1)送出。

5.按照权利要求4所述的一种热泳空气净化方法，其特征在于：热泳积尘管内的加热温度为400℃～800℃，热泳积尘管(3)外壁温度为40℃～80℃。