CN103611414A - 一种用于半封闭交通环境内的空气净化装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于半封闭交通环境内的空气净化方法及其装置。该装置主要包含CO₂去除单元A，颗粒物过滤单元B，水分和气态污染物吸收单元C。单元A包括绿色植物，植物营养室，植物根茎固定床；单元B包括二层平面滤料和折叠滤料；单元C包括硅胶活性炭层。二层平面滤料分别与之字折叠的滤料之间存在上下两组三棱柱空间，上三棱柱空间内充满绿色植物的绿叶，下三棱柱则填充硅胶和活性炭。本发明设计结构先进合理，通过上三棱柱中绿叶的代谢作用，可以有效解决半封闭交通环境空气中CO₂浓度过高的实际问题，下三棱柱中硅胶活性炭层能够有效吸收半封闭交通环境中的异味以及气态污染物，三层滤料相互配合，将空间内悬浮颗粒物浓度控制在标准之内。

Description

一种用于半封闭交通环境内的空气净化装置及其使用方法

技术领域

本发明属于空气环境净化技术领域，具体涉及一种用于半封闭交通环境内的空气净化装置及其使用方法。

背景技术

城市居民80％以上的时间会在室内度过，其中在交通工具内的时间占了相当多的比重。尤其在大城市，人口多、交通拥挤，这种状况更显突出。中国城市居民上下班、旅行主要乘公共交通工具，人体健康与人所在的交通工具内环境的空气质量密切相关。车内污染可能是现代社会中人体健康的主要威胁之一。同时，随着技术不断进步，现代交通工具越来越趋向半封闭化结构，具有同时去除交通工具内存在的高浓度颗粒物、CO₂以及气体污染物等的新方法成为了空气环境净化技术领域的迫切需求。据调查统计，约65％的驾驶员在驾车时会出现头晕、困倦和咳嗽等现象。可见，我国在半封闭空间空气污染处理技术的先进性、独创性以及一体化程度等方面与世界发达国家还有一定的差距。

然而目前国内市场上车载空气净化器或类似产品治理污染物对象有限，一般为车内空气中的PM2.5、粉尘、气态污染物（甲醛、苯、VOCs等有害物质）等，但研究表明车内空气中高二氧化碳浓度亦是车内环境健康和安全驾驶的令一大杀手。CO₂超过1.5-2.0‰时，人的呼吸变得急促，长时间处于这种环境下，会产生轻度头痛，体内电解质平衡遭到破坏。CO₂含量在2.0-3.0‰时，头痛加剧，呼吸困难，反应迟钝。超过5‰时，有昏迷死亡危险。研究表明，我国当前交通内部环境空气中CO₂的浓度普遍超标，特别是处于内循环空调模式下的小汽车内部，数分钟内二氧化碳的浓度即超过0.1%的限制值。故交通内环境空气中CO₂浓度超标是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有国内市场上车载空气净化器或类似装置存在以上局限性等技术问题，发明了一种用于半封闭交通环境内的空气净化装置及其使用方法，通过各个构件之间有机的配合，可以有效降低半封闭交通环境空气中CO₂的浓度，同时将空间内PM2.5等颗粒物和甲醛等气体污染物控制在标准之内。

本发明为达到以上技术要求，所采取的技术方案是：

本发明涉及的一种用于半封闭交通环境内的空气净化装置，包括CO₂去除单元A，颗粒物过滤单元B和水分和气态污染物吸收单元C，CO₂去除单元A包括绿色植物2、植物营养室4和植物根茎固定床7，所述植物根茎固定床7分为两层，近根端为塑料基质层，近叶端为吸水海绵，两层复合后，固定在植物营养室4中部，绿色植物2种植于植物营养室4内；颗粒物过滤单元B包括第一平面滤料1、折叠滤料3和第二平面滤料6，折叠滤料3呈之字形折叠置于第一平面滤料1下方，形成一组上三棱柱空间，其上置放CO₂去除单元A，绿色植物2的绿叶于上三棱柱空间内；第二平面滤料6固定于折叠滤料3下方，形成一组下三棱柱空间；水分和气态污染物吸收单元C包括硅胶活性炭层5，硅胶活性炭层5插入于下三棱柱空间内，其框架契合下三棱柱空间，活性炭和硅胶填入填充于硅胶活性炭层5与第二平面滤料6组成的空间内。

本发明提出的用于半封闭交通环境内空气净化装置的使用方法，空气垂直于第一平面滤料1进入到植物营养室4，经过绿色植物2，CO₂通过光合作用被植物吸收并释放出O₂，折叠滤纸3为憎水性滤料，在过滤去部分颗粒物的同时，使污染空气中以及绿色植物释放的水分能进入硅胶活性炭层5，达到去除水分、清除空气中的异味和吸收空气中气态污染物的目的。最终空气经过第二平面滤料6，完成净化过程。

本发明中，复合颗粒物净化单元、CO₂吸收单元以及水分和气态污染物质吸收单元，能够有效降低半封闭交通环境空气中PM2.5、CO₂和其他气态污染物的浓度，将空间内污染物浓度控制在标准之内。

本发明中，为保证绿色植物2对于空气中的CO₂浓度达到一定的净化效果，该绿色植物的光合作用速率应大于5μmolCO₂/(m²·s)。根茎部分在营养室的弯曲度在70-120°之间，整体生长效率低于1cm/月。根据计算，植物整体生长速度低于1cm/月，是保证CO₂去除单元的使用寿命超过6个月，避免由于植物生长速度较快而带来的零部件更换频繁的麻烦。

本发明中，平面滤料1透光率应大于50%，挺度大于500mN，纵拉伸强度大于800N/m，过滤效率低于50%。透光率大于50%保证了足够的可见光照射强度，是植物进行光合作用的必要条件，可以保证CO₂去除单元的正常运作。同时，过滤效率低于50%避免空气中颗粒污染物堵塞平面滤料1，足够的挺度保证送风口风力不致造成滤料撕裂。

本发明中，植物根茎固定床7采用两种材料的基质复合而成。近根端为热固性塑料基质层，近叶端为吸水海绵层。热固性塑料具有硬度大、憎水的特点，一方面可以为基质层提供承托结构，另一方面，当该净化装置处在摇晃不稳定状态时，由于惯性晃动的营养液在碰撞到该层基质时，由于其憎水性最终流回营养室，而沿根茎开口向上的营养液最终被吸水海绵吸收，避免影响净化主体结构的运作。

本发明中，折叠滤料3为憎水材料，润湿角大于100°，过滤效率低于50%。经过植物光合作用，空气中水分含量增高。折叠滤料3选取疏水材料，水分不易粘附其上，保证过滤空气畅通，确保整个装置工作正常。

本发明中，平面滤料6对于颗粒物的最低效率达到99.7%以上。第二平面滤料6是颗粒物的最后一道屏障，它决定空气中颗粒物的净化程度，为保证车内颗粒物有效去除，选择平面滤料6对各种尺寸颗粒物，最低过滤效率达到99.7%以上，本发明所述的用于半封闭交通环境内的空气净化方法及其装置，与市场上普遍存在的交通环境空气净化单元相比，其优势在于：

（1）本发明中涉及的空气净化方法及其装置能够有效控制环境内CO₂浓度。绿色植物2通过光合作用吸收空气中二氧化碳并释放氧气，能够有效改善车内空气品质。

（2）本发明中涉及的空气净化方法及其装置中的CO₂净化单元是可拆卸结构。因为绿色植物有一定的生长速率和生命周期，可拆卸结构能够方便配件的更换。

（3）本发明中涉及的空气净化方法及其装置中的各个单元相互联系、相互配合，以达到最佳净化空气的效果。第一平面滤料1具有相当的挺度和透光度，以保证绿色植物2的光合作用强度达到要求，同时避免送风风力撕裂滤料，低于60%的过滤效率能避免滤料堵塞，导致整体装置工作异常；绿色植物2吸收CO₂ 的同时释放出O₂和水分，折叠滤料3的憎水性和低过滤效率可以避免滤料因此堵塞；最后当气体经过硅胶活性炭层，水分以及空气中气态污染物已经被吸收，第二平面滤料6的高过滤效率保证内部空气中颗粒物浓度控制在标准以内。

附图说明

图1为空气净化装置整体效果图；

图2为图1截面a-a示意图；

图3为图1截面b-b示意图； 

图4为空气净化装置展开图。

图中标号：1为第一平面滤料，2为绿色植物，3为折叠滤料，4为植物营养室，5为硅胶活性炭层，6为第二平面滤料，7为植物根茎固定床。

具体实施方式

以下结合附图和发明人依本发明的技术方案所完成的具体实例，对本发明作进一步的详细描述。

实施例1：CO₂浓度为400ppm，车内体积为6m³，车内载客4人，车内为内循环模式，颗粒物PM2.5浓度0.1 mg/m³，甲醛浓度0.3 mg/m³。

车载净化器的中空气净化装置尺寸为20x20cm，过滤速度为2m/s，绿色植物选取绿薄荷。光照强度为1000μmol/(m²·s)，温度为25℃。 

图2和图3为CO₂去除单元和硅胶活性炭层侧面剖视图；如图1和图4所示，本装置由3个部分组成：CO₂去除单元A，颗粒物过滤单元B，水分和气态污染物吸收单元C。CO₂去除单元A包括绿色植物2，植物营养室4和植物根茎固定床7。绿色植物在营养室内植入幼苗，采用水培的方法，使其在框架内部生长并达到预定的覆盖密度；植物根茎固定床7分为两层，近根端为塑料基质层，近叶端为吸水海绵，两层复合后，固定在营养室中部。颗粒物过滤单元B包括第一平面滤料1，折叠滤料3和第二平面滤料6。平铺第一平面滤料1，且作为最初受风面。折叠滤料3呈之字形折叠置于第一平面滤料1下方，形成一组上三棱柱空间，以置放CO₂去除单元A；第二平面滤料6与折叠滤料3胶粘，形成一组下三棱柱空间。水分和气态污染物吸收单元C包括硅胶活性炭层5，如图4所示，制作框架契合下三棱柱空间，将活性炭和硅胶填入，即时直接插入下三棱柱即可。

空气垂直于第一平面滤料1进入，经过绿色植物2，CO₂通过光合作用被植物吸收并释放出O₂，折叠滤纸3过滤去部分颗粒物，同时所具备的憎水性使污染空气中以及绿色植物释放的水分能进入硅胶活性炭层5，达到去除水分、清除空气中的异味和吸收空气中气态污染物的目的。最终空气经过第二平面滤料6，完成一轮净化过程。

在本实施实例中，采用绿色植物为绿薄荷，在温度25℃，光照强度1000μmol/(m²·s)，二氧化碳含量为400ppm时，光合速率约为20μmolCO₂/(m²·s)。本发明中的空气净化结构对CO₂ 的净化速度为36ppm/s。硅胶活性炭层对甲醛等气态污染物有很好的吸附效果，净化器出口处甲醛浓度为小于0.1mg/m³。第一平面滤料1、折叠滤料3和第二平面滤料6相互合作，对各种尺寸颗粒物，最低过滤效率达到99.7%以上，使交通工具内空间空气中颗粒物控制在标准之内。

植物具有一定的生长周期，活性炭和硅胶亦存在一定的吸附容量，故CO₂吸附单元和硅胶活性炭层需要定期更换。本结构为使更换工序更为简单方便，采用的是简易可拆卸单元结构。即时只要将CO₂去除单元A和颗粒物过滤单元B直接抽出，换上新的组件即可。

Claims (5)

1.一种用于半封闭交通环境内的空气净化装置，其特征在于该装置主要包括CO₂去除单元A，颗粒物过滤单元B和水分和气态污染物吸收单元C，CO₂去除单元A包括绿色植物(2)、植物营养室(4)和植物根茎固定床(7)，所述植物根茎固定床(7)分为两层，近根端为塑料基质层，近叶端为吸水海绵，两层复合后，固定在植物营养室(4)中部，绿色植物(2)种植于植物营养室(4)内；颗粒物过滤单元B包括第一平面滤料(1)、折叠滤料(3)和第二平面滤料(6)，折叠滤料(3)呈之字形折叠置于第一平面滤料(1)下方，形成一组上三棱柱空间，其上置放CO₍₂₎去除单元A，绿色植物(2)的绿叶于上三棱柱空间内；第二平面滤料(6)固定于折叠滤料(3)下方，形成一组下三棱柱空间；水分和气态污染物吸收单元C包括硅胶活性炭层(5)，硅胶活性炭层(5)插入于下三棱柱空间内，其框架契合下三棱柱空间，活性炭和硅胶填入填充于硅胶活性炭层(5)与第二平面滤料(6)组成的空间内。

2.根据权利要求1中所述的用于半封闭交通环境内空气净化装置，其特征在于植物根茎固定床(7)采用两种材料的基质复合而成；近根端为热固性塑料基质层，近叶端为吸水海绵层。

3.一种如权利要求1所述的用于半封闭交通环境内空气净化装置的使用方法，其特征在于空气垂直于第一平面滤料(1)进入到植物营养室(4)，经过绿色植物(2)，CO₂通过光合作用被植物吸收并释放出O₂，折叠滤纸(3)为憎水性滤料，在过滤去部分颗粒物的同时，使污染空气中以及绿色植物释放的水分能进入硅胶活性炭层(5)，达到去除水分、清除空气中的异味和吸收空气中气态污染物的目的；最终空气经过第二平面滤料(6)，完成净化过程。

4.根据权利要求3中所述的用于半封闭交通环境内空气净化装置的使用方法，其特征在于选择的绿色植物光合作用速率大于5μmolCO₂/(m²·s)，根茎部分在植物营养室的弯曲度在70-120°之间，整体生长效率低于1cm/月。

5.根据权利要求3中所述的用于半封闭交通环境内空气净化装置的使用方法，其特征在于第一平面滤料(1)透光率应大于50%，挺度大于500mN，纵拉伸强度大于800N/m，对悬浮颗粒物过滤效率低于50%；折叠滤料(3)所用材料的润湿角大于100°，对悬浮颗粒物过滤效率低于50%；第二平面滤料(6)对于各种尺寸大小颗粒物的最低效率达到99.7%以上。

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