CN103769299A - 空气微纳颗粒过滤净化设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及除尘设备技术领域，特别是一种空气微纳颗粒过滤净化设备，该净化设备的空气管的一端具有空气入口，空气管的另一端具有净化空气排出口和污染物排出口，电晕电极组设置在空气管的入口一侧，流向控制电极位于电晕电极组的后方，流向控制电极产生电场，控制污染物颗粒从污染物排出口排出。过滤净化设备体积小，质量轻，使用者无呼吸阻力，适合做成便携式可穿戴空气净化面具，便于携带，也可安装在现有建筑物的入气管道处做为PM2.5微纳颗粒的空气过滤装置，不仅可以100%去除空气中PM2.5微纳污染颗粒，而且在过滤过程中产生的少量臭氧被用于杀死空气中的细菌，产生的臭氧可被后续的臭氧处理装置和氮氧化物吸收装置处理并吸收。
Description
技术领域
本发明涉及除尘设备技术领域，特别是一种空气微纳颗粒过滤净化设备。
背景技术
随着中国人口密度的不断增加，工业生产及各种能源需求的增加，造成近年来中国城市空气质量急剧下降。近年来，由于中国各大城市频繁发生的雾霾，城市居民为了健康，在出行的时候经常都带上口罩。然而我们通常使用的口罩的滤网孔状直径远大于空气中的PM2.5污染微纳颗粒的大小（PM2.5是指直径小于2.5微米的污染微纳颗粒，医学上定义为“要命”的入肺颗粒，是对人体危害最大的一种空气污染物），所以日常用的口罩对PM2.5的空气污染微纳颗粒过滤作用不大。如果增加口罩滤网的厚度和密度可能提高过滤效果，但是由于口罩的体积和重量也随之增加，带来穿戴不适，而且最大的问题是增加了使用者的呼吸阻力，造成使用者呼吸阻力过大而使用不便。
现有的空气净化技术大多是基于滤网的过滤技术。滤料主要是玻璃纤维，合成纤维，石棉纤维等，这些多孔材料会大大增加空气流动阻力，而且随着使用时间延长过滤效果会下降，如未按时更换，堆积在滤网上的细菌会大量繁殖并造成更严重的二次污染。目前市面上大多数空气净化产品，通常体积和重量过大，无法做成的便携装置供使用者外出使用或安装到现有的空调管道系统中进行过滤。而现有的基于静电式除尘技术的空气净化产品在使用电晕放电过程中会产生臭氧和氮氧化物，对人体健康带来影响，也无法成为消费者完全可依赖的技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种空气微纳颗粒过滤净化设备，减小设备体积和重量，提高过滤效果并减少臭氧和氮氧化物等二次污染物的产生。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种空气微纳颗粒过滤净化设备，包括空气管、电晕电极组、流向控制电极，空气管的一端具有空气入口，空气管的另一端具有净化空气排出口和污染物排出口，电晕电极组设置在空气管的入口一侧，使通过电晕电极组的污染物颗粒带电荷，流向控制电极位于电晕电极组的后方，流向控制电极产生电场，控制污染物颗粒从污染物排出口排出。
为了更好的将污染物颗粒从空气中分离出来，空气管内设有分流板，分流板位于流向控制电极的后方，净化空气排出口和污染物排出口分别位于分流板的两侧，流向控制电极产生电场，控制污染物颗粒进入污染物排出口一侧的分流通道，并从污染物排出口排出。
具有地，电晕电极组包括微电晕放电电极、电荷内栅格收集电极和电荷外收集电极，电荷内栅格收集电极设置在微电晕放电电极的外侧，电荷外收集电极设置在电荷内栅格收集电极外侧，微电晕放电电极和电荷内栅格收集电极之间加载放电电压，电荷外收集电极和电荷内栅格收集电极之间加载电压，抽出微电晕放电电极和电荷内栅格收集电极之间的电子云或离子云。
进一步限定，微电晕放电电极为表面密布导电尖端的导电针，电荷内栅格收集电极和电荷外收集电极为板状，都包括左右两部分，微电晕放电电极设置在电晕电极组的中心，电荷内栅格收集电极设置在微电晕放电电极的左右两侧，电荷外收集电极设置在电荷内栅格收集电极的左右两侧。
或者，电晕电极组包括微电晕放电电极、电荷内栅格收集电极和电荷外收集电极，电荷内栅格收集电极设置在电荷外收集电极的外侧，微电晕放电电极设置在电荷内栅格收集电极的外侧，微电晕放电电极和电荷内栅格收集电极之间加载放电电压，电荷外收集电极和电荷内栅格收集电极之间加载电压，抽出微电晕放电电极和电荷内栅格收集电极之间的电子云或离子云。
进一步限定，微电晕放电电极和电荷内栅格收集电极为板状，都包括左右两部分，微电晕放电电极的面向电荷内栅格收集电极的一侧表面密布导电尖端，电荷外收集电极设置在电晕电极组的中心，电荷内栅格收集电极设置在电荷外收集电极的左右两侧，微电晕放电电极设置在电荷内栅格收集电极的左右两侧。
更进一步限定，导电尖端为竖立的碳纤维导电微针；或者导电尖端为竖立的石墨烯纳米片；或者导电尖端为竖立的氧化锌纳米线；或者导电尖端为竖立的碳纳米管。
为了避免臭氧排出净化设备，进一步限定，净化空气排出口连接臭氧处理装置。
为了避免氮氧化物排出净化设备，进一步限定，臭氧处理装置的末端连接氮氧化物吸收装置。
臭氧处理装置包括导气管和导气管加热装置，导气管分为前段的臭氧分解区和后段的冷却调温区，导气管加热装置加热臭氧分解区高温分解臭氧，加热后的空气在冷却调温区冷却。
本发明的有益效果是：本发明的微电晕电极结构电极可降低静电式除尘技术的工作电压和电场强度，提高过滤功效并减少臭氧和氮氧化物等二次污染物的产生，而且本过滤净化设备体积小，质量轻，使用者无呼吸阻力，适合做成便携式可穿戴空气净化面具，便于携带，也可安装在现有建筑物的入气管道处做为PM2.5微纳颗粒的空气过滤装置，不仅可以100%去除空气中PM2.5微纳污染颗粒，而且在过滤过程中产生的少量臭氧被用于杀死空气中的细菌，产生的臭氧可被后续的臭氧处理装置和氮氧化物吸收装置处理并吸收。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1是本发明的实施例1的结构示意图；
图2是本发明的实施例2的结构示意图；
图3是本发明的臭氧和氮氧化物处理、吸收装置的结构示意图；
图4是本发明的空气过滤净化系统的结构示意图；
图中，1.空气管，1-1.空气入口，1-2.净化空气排出口，1-3.污染物排出口，2.电晕电极组，2-1.微电晕放电电极，2-2.电荷内栅格收集电极，2-3.电荷外收集电极，3.流向控制电极，4.分流板，5.臭氧处理装置，5-1.导气管，5-1-1.臭氧分解区，5-1-2.冷却调温区，5-2.导气管加热装置，6.氮氧化物吸收装置,7.气泵。
具体实施方式
实施例1，如图1和2所示,一种空气微纳颗粒过滤净化设备，包括空气管1、电晕电极组2、流向控制电极3，空气管1的一端具有空气入口1-1，空气管1的另一端具有净化空气排出口1-2和污染物排出口1-3，电晕电极组2设置在空气管1的入口一侧，使通过电晕电极组2的污染物颗粒带电荷，流向控制电极3固定在空气管1上，并位于电晕电极组2的后方，流向控制电极3可为两个平行放置的电极板，电极板的长度可为1至20厘米，两电极板的间距可小于5厘米，加在两极板间的电压范围可为1伏至5千伏，空气管1内还设有分流板4，分流板4位于流向控制电极3的后方，净化空气排出口1-2和污染物排出口1-3分别位于分流板4的两侧，流向控制电极3产生电场，控制污染物颗粒进入污染物排出口1-3一侧的分流通道，并从污染物排出口1-3排出，排出的带有污染颗粒的空气可重新排回户外或通过积尘装置收集。
净化空气排出口1-2连接臭氧处理装置5。臭氧处理装置5的末端连接氮氧化物吸收装置6。臭氧处理装置5包括一条细长的导气管5-1和导气管加热装置5-2，导气管5-1分为前段的臭氧分解区5-1-1和后段的冷却调温区5-1-2，导气管加热装置5-2加热臭氧分解区5-1-1，将前端的导气管内壁加热到250℃以上，气中的臭氧在高温下瞬间分解成氧气，加热后的空气在冷却调温区5-1-2冷却，调节到用户适宜的温度，冷却的方式可以是空气在导气管内自然冷却；也可以在导气管5-1的冷却调温区5-1-2配备冷却装置5-3，加快冷却过程。
氮氧化物吸收装置6采用固体吸收器，固体吸收器内装有固体吸收剂，固体吸收剂可以是活性炭，碳酸钙，氢氧化钙，氧化钙，氧化锌或其混合物。
电晕电极组2采用微电晕放电电极2-1，微电晕放电电极2-1可以控制电晕放电的分布区域，使电晕放电所需工作电压低于2kV，从而减少了静电除尘过程中产生的臭氧和氮氧化物。
电晕电极组2的一种结构形式是：电晕电极组2包括微电晕放电电极2-1、电荷内栅格收集电极2-2和电荷外收集电极2-3，微电晕放电电极2-1为表面密布更细小的导电尖端的导电针，导电针长度大于1毫米，直径小于200微米，导电针可采用碳纤维材料或金属材料制作成，密布的导电尖端可为竖立的碳纤维导电微针，直径小于30微米，长度约为500微米；或者导电尖端也可为竖立的石墨烯纳米片，石墨烯纳米片的厚度小于500纳米；或者导电尖端为竖立的氧化锌纳米线，纳米线的长度为1至10微米，直径小于一微米。电荷内栅格收集电极2-2和电荷外收集电极2-3为板状，并且电荷内栅格收集电极2-2和电荷外收集电极2-3都包括左右两部分，微电晕放电电极2-1悬置在空气入口1-1和电晕电极组2的中心，两个电荷内栅格收集电极2-2分别设置在微电晕放电电极2-1的左右两侧，两个板状的电荷内栅格收集电极可以是完全分离的；如图1所示，也可以通过端部的横板连接为一体的，以便于电气连接；电荷内栅格收集电极还可以是筒状的。两个电荷外收集电极2-3分别设置在电荷内栅格收集电极2-2的左右两侧。微电晕放电电极2-1和电荷内栅格收集电极2-2之间加载放电电压，放电电压可为1至3千伏，电荷外收集电极2-3和电荷内栅格收集电极2-2之间加载电压，该电压可为1至2千伏，抽出微电晕放电电极2-1和电荷内栅格收集电极2-2之间的电子云或离子云，使流过电荷内栅格收集电极2-2与电荷外收集电极2-3间的空气微纳颗粒带电。
两侧电荷内栅格收集电极2-2与微电晕放电电极2-1间距可为一至三毫米，电荷内栅格收集电极2-2和电荷外收集电极2-3间距可为二至五毫米。
本空气微纳颗粒过滤净化设备通过电晕电极组2的无光放电使空气中的微纳颗粒污染物带上电荷，并通过流向控制电极3施加电场，使用库仑力作用控制带电微纳颗粒污染物流向分流板4的污染物排出口1-3一侧的分流通道，带电微纳颗粒污染物从该侧的污染物排出口1-3排出，而无微纳颗粒污染的空气则从分流板4另一侧的净化空气排出口1-2流出。基于微电晕电极的本空气过滤装置核心部分只有厘米级大小，且质量轻，可做成可穿戴的便携式空气过滤面具，也可安装在现有建筑物的入气管道处或与家用空调结合，做成PM2.5微纳颗粒的空气过滤装置，不仅可以100%去除空气中PM2.5微纳颗粒污染物，而且在过滤过程中产生的少量臭氧被用于杀死空气中的细菌，产生的臭氧又被后续的臭氧吸收装置装置吸收。
实施例2，如图2和3所述，该实施例中的空气微纳颗粒过滤净化设备和实施例1相比，其中的电晕电极组2采用了另一种结构形式是：微电晕放电电极2-1和电荷内栅格收集电极2-2为板状，并都包括左右两部分，微电晕放电电极2-1安置在空气入口1-1的两侧，微电晕放电电极2-1的面向电荷内栅格收集电极2-2的一侧表面密布导电尖端，导电尖端可为竖立的碳纤维导电微针，直径小于30微米，长度大于300微米；或者导电尖端也可为竖立的石墨烯纳米片，石墨烯纳米片的厚度小于500纳米；或者导电尖端为竖立的氧化锌纳米线，纳米线的长度为1至10微米，直径小于一微米。电荷外收集电极2-3设置在电晕电极组2的中心，两个电荷内栅格收集电极2-2分别设置在电荷外收集电极2-3的左右两侧，两个微电晕放电电极2-1分别设置在电荷内栅格收集电极2-2的左右两侧。微电晕放电电极2-1和电荷内栅格收集电极2-2之间加载放电电压，放电电压可为1至3千伏，电荷外收集电极2-3和电荷内栅格收集电极2-2之间加载电压，该电压可为1至2千伏，抽出微电晕放电电极2-1和电荷内栅格收集电极2-2之间的电子云或离子云，使流过电荷外收集电极2-3和电荷内栅格收集电极2-2间的空气微纳颗粒带电。
微电晕放电电极2-1与电荷内栅格收集电极2-2间距可为1至3毫米，电荷外收集电极2-3与电荷内栅格收集电极2-2间距可为2至5毫米。
实施例1和实施例2中的电晕电极组2和空气管之间通过绝缘材质间隔，防止漏电，和电极之间的短路，保护使用者的安全，特别是当空气管为金属材质，当然空气管可以由绝缘材质直接构成。
如图4所示，一种空气过滤净化系统，包括气泵7和空气微纳颗粒过滤净化设备，被污染的空气通过气泵7输入空气微纳颗粒过滤净化设备，空气经过杀菌分流后，包含微纳颗粒污染物的空气从一端的污染物排出口1-3排出到户外或通过收集装置收集污染颗粒，而无微纳颗粒污染并经杀菌后的干净空气从分流板4另一侧的净化空气排出口1-2流出并进入后续的臭氧处理装置5和氮氧化物吸收装置6，经进一步地吸收净化以供用户使用。
Claims (10)
1.一种空气微纳颗粒过滤净化设备，其特征是：包括空气管（1）、电晕电极组（2）、流向控制电极（3），空气管（1）的一端具有空气入口（1-1），空气管（1）的另一端具有净化空气排出口（1-2）和污染物排出口（1-3），电晕电极组（2）设置在空气管（1）的入口一侧，使通过电晕电极组（2）的污染物颗粒带电荷，流向控制电极（3）位于电晕电极组（2）的后方，流向控制电极（3）产生电场，控制污染物颗粒从污染物排出口（1-3）排出。
2.根据权利要求1所述的空气微纳颗粒过滤净化设备，其特征是：所述的空气管（1）内设有分流板（4），分流板（4）位于流向控制电极（3）的后方，净化空气排出口（1-2）和污染物排出口（1-3）分别位于分流板（4）的两侧，流向控制电极（3）产生电场，控制污染物颗粒进入污染物排出口（1-3）一侧的分流通道，并从污染物排出口（1-3）排出。
3.根据权利要求1所述的空气微纳颗粒过滤净化设备，其特征是：所述的电晕电极组（2）包括微电晕放电电极（2-1）、电荷内栅格收集电极（2-2）和电荷外收集电极（2-3），电荷内栅格收集电极（2-2）设置在微电晕放电电极（2-1）的外侧，电荷外收集电极（2-3）设置在电荷内栅格收集电极（2-2）外侧，微电晕放电电极（2-1）和电荷内栅格收集电极（2-2）之间加载放电电压，电荷外收集电极（2-3）和电荷内栅格收集电极（2-2）之间加载电压，抽出微电晕放电电极（2-1）和电荷内栅格收集电极（2-2）之间的电子云或离子云。
4.根据权利要求3所述的空气微纳颗粒过滤净化设备，其特征是：所述的微电晕放电电极（2-1）为表面密布导电尖端的导电针，电荷内栅格收集电极（2-2）和电荷外收集电极（2-3）为板状，都包括左右两部分，微电晕放电电极（2-1）设置在电晕电极组（2）的中心，电荷内栅格收集电极（2-2）设置在微电晕放电电极（2-1）的左右两侧，电荷外收集电极（2-3）设置在电荷内栅格收集电极（2-2）的左右两侧。
5.根据权利要求1所述的空气微纳颗粒过滤净化设备，其特征是：所述的电晕电极组（2）包括微电晕放电电极（2-1）、电荷内栅格收集电极（2-2）和电荷外收集电极（2-3），电荷内栅格收集电极（2-2）设置在电荷外收集电极（2-3）的外侧，微电晕放电电极（2-1）设置在电荷内栅格收集电极（2-2）的外侧，微电晕放电电极（2-1）和电荷内栅格收集电极（2-2）之间加载放电电压，电荷外收集电极（2-3）和电荷内栅格收集电极（2-2）之间加载电压，抽出微电晕放电电极（2-1）和电荷内栅格收集电极（2-2）之间的电子云或离子云。
6.根据权利要求5所述的空气微纳颗粒过滤净化设备，其特征是：所述的微电晕放电电极（2-1）和电荷内栅格收集电极（2-2）为板状，都包括左右两部分，微电晕放电电极（2-1）的面向电荷内栅格收集电极（2-2）的一侧表面密布导电尖端，电荷外收集电极（2-3）设置在电晕电极组（2）的中心，电荷内栅格收集电极（2-2）设置在电荷外收集电极（2-3）的左右两侧，微电晕放电电极（2-1）设置在电荷内栅格收集电极（2-2）的左右两侧。
7.根据权利要求3或5所述的空气微纳颗粒过滤净化设备，其特征是：所述的导电尖端为竖立的碳纤维导电微针；或者导电尖端为竖立的石墨烯纳米片；或者导电尖端为竖立的氧化锌纳米线；或者导电尖端为竖立的碳纳米管。
8.根据权利要求1所述的空气微纳颗粒过滤净化设备，其特征是：所述的净化空气排出口（1-2）连接臭氧处理装置（5）。
9.根据权利要求1所述的空气微纳颗粒过滤净化设备，其特征是：所述的臭氧处理装置（5）的末端连接氮氧化物吸收装置（6）。
10.根据权利要求1所述的空气微纳颗粒过滤净化设备，其特征是：所述的臭氧处理装置（5）包括导气管（5-1）和导气管加热装置（5-2），导气管（5-1）分为前段的臭氧分解区（5-1-1）和后段的冷却调温区（5-1-2），导气管加热装置（5-2）加热臭氧分解区（5-1-1）高温分解臭氧，加热后的空气在冷却调温区（5-1-2）冷却。
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