CN103861411B - 一种仿生空气净化方法及其专用仿生肺装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仿生空气净化的方法及装置，该方法将空气形成旋风并在旋风途径上设置颗粒物粘附截留装置达到高效除尘的目的。并由此开发了具有粘性物质内芯的仿生肺装置和包括旋风筒、仿生肺装置及捕尘器的仿生空气净化器。并将其应用于不同环境，形成系列特定环境的空气净化系统，包括各种建筑物、局部环境、汽车尾气、卫厨设施及防雾霾危害的面罩等。本发明的方法还可用于开放体系的雾霾空气的治理。本发明利用仿生物理除尘，科学合理，在净化过程中没有产生二次污染，净化效果可靠环保；相关净化装置设备结构简单，材料易得，使用方便，制造成本低廉；应用范围广等优点。

Description

一种仿生空气净化方法及其专用仿生肺装置

技术领域

本发明涉及一种空气或废气的净化方法，尤其是一种利用“风”和“水”自然生态空气净化原理的仿生空气净化方法及为实施该方法而设计的专用装置和设施。所述的方法及装置可应用于建筑物、船舱、机舱等开敞或封闭体系的进风系统进行空气净化；也适用于汽车、卫厨废气、烟尘排放的净化治理及防雾霾危害的面罩。

背景技术

中国先民自古以来就注重环境对健康长寿的影响。一门关于有益于健康的时空环境学说便被建立起来了——风水学。风水学说的内容很多，它从物质、能量、信息学三个方面，从时间和空间两个角度，研究居住环境对健康和发生灾祸的可能性，由于其涉及的知识面非常广，尤其是对未来估计和判断非常有用，由于我们还不能完全把握这门科学规律，因此，迷信的东西也就充斥其中。本发明并不研究风水学，而是受风水学中“藏风得水”的启发，完成了本发明。在这里我们只对空气净化相关的内容，进行“取其精华去其糟粕”的加工，其核心的内容之一就是“藏风得水”，就是能助人长寿的风水宝地。根据对中国长寿村“风水宝地”的地理环境及现代有关大气知识PM2.5的了解，我们根据，“风水宝地”的风和水有它特定的要求，便能有空气自净作用和有利于人体健康的能量代谢调节作用，结合仿生鼻肺的空气净化方式，进行了本发明的创新活动。

美国环保联署官网显示，PM2.5对人体健康有以下危害：由于PM2.5足够小，既可以深入肺部引起炎症，又能从肺泡进入血管直达心脏或其他器官，其颗粒上有可能携带各种病菌，研究者认为它将导致以下疾病：咳嗽、呼吸困难、肺部功能降低、加重哮喘、慢性支气管炎、心律不齐、非致命的心脏病发作、某些癌症。

研究者同时认为，更容易受PM2.5影响的人群是：心脏病患者、肺病患者、儿童、老年人。

世界卫生组织报告显示，无论是发达国家还是发展中国家，高污染城市死亡率超出相对清洁城市15%至20%。欧洲PM2.5每年导致386000人死亡，并使欧盟国家人均期望寿命减少8.6个月。

美国心脏协会一项估算结果指出，美国每年因PM2.5颗粒空气污染而丧生的人数达60000人。英国《每日邮报》载，澳大利亚科学家Dr.Martine Dennekamp研究发现，PM2.5可在没有心脏病症状人身上引发心脏病发作甚至猝死。

他们观察了墨尔本2003-2006年间8000个突然心脏病发作的人，研究发现，如果所在环境的PM2.5值升高，那么患者心脏病发作的几率也会随之升高并维持两天的时间。具体来说，如果每立方米的PM2.5增加4.26微克，那么未来48小时心脏骤停的几率也会提高4%。

根据我国五个长寿村（湖北钟祥娘娘寨、广西巴马、新疆和田、广东怀集世外桃源村、广东金林水乡）的调研发现，共同的地域特点就是山清水秀，气候温和，远离喧嚣。据美国太空总署的大气质量PM2.5分布显示，整个热带区域的PM2.5均在35μg/m3以上(约50μg/m3以上)，远远超出WHO的I级标准（<35μg/m3），离WHO推荐的III级标准（15μg/m3）差距更大。因为，这些地区风水特点就是有水，湿度相对高（65%-75%），有利于空气中PM2.5的粒子“聚合变大而沉降，有效降低空气中的悬浮物”。风水中的“藏风”，就是回旋风而不是“穿堂风”——对流风，即在这种回旋风的情况下，再加适宜的水环境，提供微尘吸附、团聚的条件，既能让微尘团聚变大或附着于界面，又能“聚气”——减慢人体体温下降过快。由此可以联想到工业上的“旋风除尘”装置。由于工业上“旋风除尘”装置对微尘的几乎没有净化效果，是因为旋风有了，但没有“水”，没有微尘聚合（团聚）、粘附的条件。工业上通常都是通过初效、中效和高效三级过滤系统或多级组合来达到净化目的，联想到鼻肺系统没有过滤系统确能使空气净化至或超过100级。结合仿生学原理分析其原因，主要是螺旋路径向下或湿度高的方向移动，回旋路径和时间要长，如鼻腔七窦，气道和肺泡结构，气体从鼻腔到肺泡进入血液，大概行走了地球赤道一圈(40750公里)。由此分析，并进行了大量的实验，发明了具有富氧的、有效除去空气悬浮物功能的净化方法、设施及装置。

发明内容

本发明利用“风”和“水”自然生态空气净化原理及人类鼻肺系统过滤空气的原理，提供了一种仿生空气净化方法，为实施该方法发明人进一步提供了使空气颗粒物凝聚或粘附截留的仿生肺装置及可产生旋风效果的仿生空气净化器；并公开了将该方法及相关装置应用于建筑物或局部环境的空气净化而设计的建筑物仿生空气净化系统，应用于汽车尾气净化而产生的汽车尾气净化器；应用于防止雾霾危害的仿生面罩等。

本发明的涉及的仿生空气净化方法包括以下步骤：

第一步使空气形成人工旋风或非直流风；

第二步在空气净化通道上设有使空气颗粒物凝聚或粘附截留的仿生肺装置或粘附界壁或在旋风中聚结变大。

为实现以上方法，本发明人设计了专用的仿生肺装置，该装置包括由粘性物质及用于固定粘性物质的载体组成的内芯；所述的粘性物质是粘性液体或粘膜或粘胶或水或具吸附作用的液体；所述的用于固定粘性物质的载体是多孔海绵状的材料。

所述的粘性液体可根据净化环境的需要采用各种树胶、纤维素和水凝胶；阴阳离子型的高分子材料如聚丙烯酸季氨盐用于荷正负静电的微尘。

一般的环境净化可优选明胶液、HPMC溶液和水凝胶。

载体材料以是人工的或天然物质，只要是符合多孔、耐浸蚀材质即可，如塑料、树酯、纤维、天然木、麻、丝制品，也可以用多孔陶瓷、金属或合金材料；根据介质吸收有害汽体的化学物质稳定性来决定，如采用吸收SO₂气体的碱性溶液，则采用耐碱耐水的塑料或树脂。

本发明人进一步设计了带有旋风装置的仿生空气净化器，该空气净化器包括旋风筒、仿生肺装置及捕尘器。仿生肺装置设于旋风筒内的底部，捕尘器与仿生肺装置及旋风筒相通，设于旋风筒的下方。旋风筒的筒壁上还设有粘性膜或用于喷淋水或粘性液体的装置。捕尘器用于搜集旋风筒和仿生肺装置粘附的颗粒物及喷雾或喷淋所产生的过量的液性成分。其内部填充可吸附或承载粘物质的海棉状多孔介质，旋风筒与捕尘器连接处设有单向阀；旋风筒内的空气流经进气口旋转下行经仿生肺装置后从出气口输出。

为使待净化空气形成符合要求的旋风，旋风筒的进气口与其相同水平或垂直方向的夹角0°-45°度夹角，出气口沿旋风筒垂直中轴线设置；所述旋风筒的旋风区风力为每秒8-16米。净化出口风速尽量小，风量足，最好在2-3级以下。

为增强净化效果，所述的仿生空气净化器的出气口端或入气口设有空气颗粒物检测传感装置，该装置与旋风筒上用于喷淋水或粘性液体的装置连接，出去或进入的空气通过微尘传感器或预报超过标准或要求（>PM2.5I级标准，即大于35μg/m³）时,自动或人工进行喷雾或喷淋。

为进一步提高净化效果，发明人还设计了复式仿生空气净化器，该净化器在以上净化器的出风口或入风口处加设一副旋风筒，可将待净化空气或回流的空气进行旋风化并初步净化后再引入主旋风筒。

一种建筑物仿生空气净化系统，该系统在待净化空气进口处依次设有植物墙、水池或喷淋装置、仿生空气净化器及净化空气输送系统。

对于质量较差的空气，该系统还可在水池或喷淋装置与所述仿生空气净化器之间还设置空气预处理系统，该系统依次包括若干空气过滤器、空气加热盘管、均流板、水洗加湿器及出风口，该出风口与所述仿生空气净化器连接。

一种仿生空气净化面罩，该面罩包括面罩主体、通气管及套头松紧带及仿生肺装置，所述通气管气管设呼气管道和吸气管道，呼气管道和吸气管道上分别设有单向阀，呼气管道与仿生肺装置的进气口相通，吸气管道与仿生肺装置的出气口相通。

所述的仿生肺装置由粘膜和多孔海绵状材料载体卷成的多层次内芯组成；或由多层折档微管和粘液或水组成的仿生肺内芯组成；或由这两种内芯组成的复合组成。在图9中气体从334进入仿生肺芯333中，图9AA`位置截面图来看，进入仿生肺芯333的气体旋转进入核心，仿生肺芯由支撑架322和其上的粘膜331组成，气流在沿粘膜旋转时，气体中微粒附聚变大或被粘膜331粘附而脱离气体。气体旋转至顶部时集中至中心，经顶部折档由外周散出，最后经吸气单向阀336进入面罩。呼气时经面罩上呼气单向阀直接呼出，残留呼出气体经呼气阀337进入仿生肺芯进气口334。

本发明具有以下特点：

1、采用人工的方法使气体空（废）气旋转且使其保持一定的湿度或粘性，能使微细粒子粘附、团聚变大或粘附于界面而与气体（空气或废气）分离，达到除去空（废）气颗粒物排放的目的。根据上述方法可利用专用设施或装置或建筑群或形状布局或修饰的山体或配合有/无功率风机使气体（空气或排放废气）旋转且能使空气中的微细粒子团聚变大或粘附于界面，达到气体（空气或废气）分离。此方法可用于开放的大气体系的多重布置，而能去除或减轻大气中的雾霾。

2、在旋风筒筒壁以及增加面积和路径的辅助设施仿生鼻肺的表面喷淋或涂布粘附材料，微尘在接触到粘附材料或介质时或被团聚变大或被粘附而脱离气体。粘附材料是水或粘性材料溶液或具有吸附特殊微尘和有害气体的液性材料，如碱性溶液、碱性HPMC溶液、各种水凝胶或荷不同电荷的高分子材料等。

3、户外或空气治理规划或实施中可以形成1-N个旋风风水中心，其旋风中心最好能在有水地区域如人工或天然湖泊、河流、喷泉或人工配置喷洒装置，为气体中（空气或废气）的微粒团聚提供必要的粘性物质如水、或各种胶类溶液或可吸收有害气体的各种溶液。

4、进风（空气或废气）中微尘超过标准（>PM2.5I级标准，即大于35μg/m3）或在特定条件下,预处理装置或进行风口的喷雾装置或旋风筒上的喷淋环形装置可自动或人工进行喷雾或喷淋。其中被喷雾的介质为气体（空气或废气）中的微粒团聚提供必要的粘性物质如水、或各种胶类溶液或可吸收有害气体的各种溶液或用可更换的有涂布粘性材料薄膜或介质。

5、进入旋风筒的气体旋转方向与出气口相反方向，旋风筒的进气口与其相同水平或垂直方向的夹角0°-45°度夹角，并且在旋风筒下方设有粘附装置和捕尘器；捕尘器由外壳和占有1/3-1/2高度的、被水或吸收有害气体溶液浸湿的海棉状多孔介质组成；没有海棉状介质的其底具有一定倾角，使凝聚的微尘易于从捕尘器出口排除，且在旋风筒与捕尘器连接处设有单向阀，使捕尘器中的浊气不能流向旋风筒。

6、捕尘器或粘附装置可定期拿出清洗和更换其中的多孔海棉状介质或粘附介质；介质的材料可以是人工的或天然物质，只要是符合多孔、耐浸蚀材质即可，如塑料、树酯、纤维、天然木、麻、丝制品，也可以用多孔陶瓷、金属或合金材料；根据介质吸收有害汽体的化学物质稳定性来决定，如采用吸收SO₂气体的碱性溶液，则采用耐碱耐水的塑料或树脂；粘性物质包括已发现的各种树胶、纤维素和水凝胶；阴阳离子型的高分子材料如聚丙烯酸季氨盐用于荷正负静电的微尘的吸附。

7、所述人工仿生风水装置或设施不仅可以用于进入人体生活环境（工作、生活、休息、娱乐、消费等）的小空间包括口鼻罩空气净化，还可用于工业、气车、厨灶的燃烧源废气排出的净化。同时还可用于空气治理中风水净化规划和实施。

8、利用以上方法制成的装置或建成的设施，可以单独使用，也可以组合使用，更可以重复组合使用，组合可以有多种方式不限，均应落入本发明的保护范围。

本发明相对于现有的空气净化系统具有以下优点：

1、本发明利用“风”和“水”自然生态空气净化原理及人类鼻肺系统过滤空气的原理，即利用旋风增加空气通过净化装置路径的时间，并在空气通道上设置水等粘性物截留颗粒物，达到净化空气的目的，该方法利用物理除尘，科学合理，在净化过程中没有产生二次污染，净化效果可靠环保。

2、相关净化装置设备结构简单，材料易得，使用方便，制造成本低廉。

3、该净化方法和装置设备应用范围广，可应用于各种建筑物、局部环境、汽车尾气、卫厨设施、防止雾霾危害的仿生面罩等的空气净化和开放的雾霾天气的治理。

附图说明

图1是实施例1建筑物仿生空气净化系统组合示意图。

图2是图1中第二部分地下（室内）空气预处理系统布局示意图。

图3是图1中第三部分仿生空气净化器的结构示意图。

图4是图3中仿生肺装置的结构示意图。

图5是实施例1第五部分复式仿生空气净化器的结构示意图。

图6是实施例2汽车、飞机等尾气净化器的结构示意图。

图7是实施例3的结构示意图。

图8是实施例4仿生面罩的结构示意图。

图9是实施例4粘膜型仿生面罩仿生肺装置的结构示意图。

图10是图9内芯横切面的结构示意图。

图11是图10的展开结构示意图。

图12是实施例4粘液型仿生面罩仿生肺装置的结构示意图。

图13是图12内芯横切面的结构示意图。

图14是图13的展开结构示意图。

图15是实施例1第一部分开放体系单元环境布局示意图。

图16是实施例1第一部分开放体系建筑物组合环境布局示意图。

图17是实施例1第一部分花园式开放体系建筑物组合环境布局示意图。

图18是实施例6的结构示意图。

图19是实施例4多层组合中式面罩的仿生肺装置的结构示意图。

图20是实施例7中的空气净化器的结构装配示意图。

具体实施方式

实施例1：建筑物仿生空气净化系统。

建筑物进风的空气净化，包括住宅、CBD、商场等休息、工作、娱乐、办公、消费场所的空气净化。

一种建筑物风水仿生空气净化设施装置，如图1所示：

第一部分为室外空气预处理系统，由植物墙11、水池12、遮雨棚13、进风口护栏14、下井梯15和路面16组成。为了使建筑物室内有新鲜、富氧、PM2.5符合国际标准的空气，建筑物进所口没有花粉的长青植物，通过植物的光合作用能释放出更多的氧气，吸收一定的二氧化碳气体，在通过进风口还有水池，保持空气一定的湿度，经过这样处理的空气进入地下建筑物进风口，这便是第一部份空气预净化处理，采用的是伴有水环境旋风的净化方法。

其布局设计可采用图15、16或图17所示的方法，其基本构思是利用植物墙11、水池12、遮雨棚13、进风口护栏14、下井梯15、路面16、进风口专用门17和草皮18等的布局设计，使建筑物环境组成具有旋风、喷淋和水池的“风水”净化预处理设施。例如由外向内逐步增高植物墙11，产生旋风效果；产生的旋风最后集中在水池12位置，在高湿下的微尘通过旋风而团聚变成大颗粒而落入水池，微尘多的情况可开启喷泉或植物上方的喷淋装置，以减少扬尘；没有植物墙的部位用草皮18覆盖土地，防止产生扬尘。

图中植物墙11是为了改变风向形成旋风（藏风聚气），水池12是为了提供一定的湿度，便于微尘附聚变大而脱离于空气，防雨棚13是为了防止雨水进入地下室，进风口护栏14防止杂物落入，下井梯15是为了进入地下室作业，硬化路面16是为了进入地下室而设置的通道，进风口专用门17是为了加强管理以防意外。

如果是城市或区域开放体系可利用建筑物、山体、湖、河组成有效的旋风设计，使城市的空气流动起来，旋转起来，利用城市中的水，组成“风和水”环境，以减小和消除有害的雾霾气候的发生。

如图15、16所示布局，可利用植物墙、建筑物改变风向，形成旋风聚气，再利用喷雾装置，使空气的微尘附聚变大，这样通过人工的方法使空气自我净化，符合风水学中的“藏风得水”，所以我们就叫它“风水”净化。利用建筑物或建筑物群改变风向，自造旋风，且旋风中心为人工水池或人工湖面。旋风区上方面配置喷雾装置，与尘埃在线监控系统偶联，一旦尘埃处于警戒线时，与旋风除尘器上的液体喷雾系统同时发挥作用。如是建筑群可以按图16的布局结合采光需求，进行半边建筑物半边用花园植物墙进行布局。总之，能产生旋风效果，且将旋风中心驱向水池或人工湖面喷泉的，符合“藏风：旋风”；“得水：风能得水的滋润”的设计均为本实施例的方案，如图16所示，也可以只有图16中的一栋建筑，也可以是环形建筑。

雾霾天气在很多情况下都无风，因此，在以上布置中在适当位置设置人工风机，风力和风速相当于4至5级风，即风速在8米/秒～16米/秒。

如图17所示布局，适合东西向布置进风区和建筑物。选择长（南北向）25米宽20（东西向）一块地，选择宽25米宽10米种植常青树，再修25米长宽5米长方开形池塘，深2.5米，池壁厚度15cm，水池可延伸至进风口两端，两端水池宽度约2米；挖长（南北向）20米，宽2.2米的进风口，1.5米绿化带高1.2米，长25米（南北向），本区域设1.6米高装饰墙。南北两墙向开一门，加锁专人管理。这些树林相当于人鼻腔的鼻毛，把颗粒物阻档下来，落入水池。这种不形成旋风的设施，净化效率（效果）较差，但有利于降温、解热。

第二部分为地下（室内）空气预处理系统（具体如图2所示），这是一水洗式空气加湿杀菌装置，进行空气的除尘、调湿、调温、灭菌等过程。即空气质量很差的地方，其前端还可以各方向加一个旋风除尘器；空气从进风口21进入，经过初效滤器22，再经过中效过滤器23，经过加热盘管24加热（干燥），再经过均流板25，经过水洗加湿器26，档水板28防止水滴向后溅向，之后可以加一个高温加热盘，也可以不用；通过带有散流板的风机27，后面是高效过滤器29，最后经过出风口210，通过软连接到进风井旋风除尘器进风口。这部份要视当地空气的质量水平而定，空气质量相对较好的地区可以省略第二部分。

第三部分为本设施中最核心的部分为仿生空气净化器，具体结构如图3所示，该仿生空气净化器包括旋风筒32，筒体内设有仿生肺装置33，筒体下方设有集尘器34。空气经进风口31沿旋风筒32切向向下进入，进风方向与旋风筒成150°角或与水平方向成30°角，旋风筒32壁有粘性薄膜或有喷淋的粘液，空气沿旋风筒32壁切身旋转向下，其中微尘附聚成大颗粒或被粘附于筒壁而从气体中脱离出来。气体旋转至下部则进入仿生肺装置33，如图4所示，由仿生肺装置的进气口334进入仿生肺芯333，仿生肺芯333由载体332和粘性膜或粘液332组成，气体中的微尘被仿生肺芯333中的粘液或粘性膜所粘附而脱离于气体被截留于载体上（气溶胶破解），再经仿生肺出口336排出，倒流气体也可通过另一入气口进入，与从仿生肺入口334进来的气体混合，再经仿生肺净化。经仿生肺净化的空气经净化装置排气口35排出，然后进入第四部分公共通风道4，通风道4顶部装有防雨的无功率风机41将净化空气输入每个单元套房的送风口42与第五部分套房单元净化装置5相连，公用通风道根据需要，分段安装必要的灭菌设施如紫外灯。第六部分就是与原先基本没有差别的空间，在顺风的位置留适当的排风口6，平时窗户只作采光用。进入通风井的空气进风也可以让风切向沿通风井内壁螺旋上升。在进风口设置的水或粘性液体与气流方向一致的喷淋装置，喷洒水或粘液。当进风系统尘粒较多时可通过人工或自动启动喷淋装置，将进风的的尘粒在回旋过程中粘附、团聚、变大，而落于捕尘器34中，这一装置类似于空气中尘土大时，鼻子就要打喷涕。

第五部分是单元房净化装置5可以是一组横竖结合的复式仿生空气净化器。所述的复式仿生空气净化器，如图5所示，该复式仿生空气净化器，在图3所示净化器的进风口之前加设旋风筒36，旋风筒36对空气做进一步净化，其工作原理与图3所示净化器一致。在本实施例图5所示的复式仿生空气净化器中，其捕尘器中配置了1/3深度的海绵状载体，可由防腐、防霉变、易清理的天然或人工材质制成优选聚氨酯塑料。复式仿生空气净化器中的仿生肺装置33可采用粘膜型仿生肺内芯，可定期更换粘性膜，可不必采用复杂的喷淋或喷雾装置。

如图3所示，为增强净化效果，可在不易清洁的大型旋风筒32出风口35配置空气颗粒物检测传感装置351，当尘埃粒子浓度超过35μg/M³时，则在出口处配置喷淋装置352开始工作（喷淋或喷雾），筒壁及仿生肺装置33中粘性物质增加，净化系统的粘附能力大幅度提升。

通过空气预处理和两级改良（加湿、延长旋风时间）的旋风除尘装置，增加了空气中的氧气和湿度，还可以增加对洁净空气的干燥和灭菌，有效降低了空气中的悬浮物，即具有人体鼻、肺的净化功能，又达到了祖国传统文化中风水宝地的“藏风得水”的最佳效果，是一种有益于健康的空气净化方法。

雾霾天气在很多情况下都无风，因此，在以上布置中在适当位置设置人工风机，风力和风速相当于4至5级风，即风速在8米/秒～16米/秒。

实施例2：汽车、飞机等尾气净化器。

对于汽车、轮船、飞机等燃烧源废气的排放净化，是在气缸排气口或消声器未端接入如图6或图5所示的净化装置，装置出口接入排气筒。在如图5的复式装置中，α角为0°，β为45°角。气缸排出废气通过装置进气口31切向进入旋风筒32，废气进气方向与旋风筒32使成90°角，附聚产生的较大微尘落入捕尘器34，混有细小微尘的废气则进入仿生肺装置33，通过仿生肺上的粘液或粘膜是331对微尘的粘附净化，通过装置出风口35进入排气筒排放，本实施中由于气缸排气压力高，因此在旋风筒底部与捕尘器接口设有止逆挡板321。在净化装置出口35近端装有颗粒物检测传感器351和受程序或传感器控制的喷淋装置352，当给油启动时或烟尘警报线时，喷淋装置开始工作，由于本装置用水量较大在捕尘器34上设有阀门343、海棉状耐高温载体342和更换捕尘器介质的门341。本装置也有一定的消声效果。

实施例3：对于垃圾火化场、水泥厂、火电厂以及厨灶的净化装置。

对于垃圾火化场、水泥厂、火电厂以及厨灶燃烧源的废气净化，可以在烟囱的底部加装1组或串并联数组如图7所示的仿生风水净化装置。燃烧源烟尘废气经净化装置进风口31切向进入旋风筒32，废气进入方向与其相同的水平方向成45°角（即α角为45°）烟尘沿筒向下，在筒壁上部可加装喷水管，烟尘有水的条件下附聚变大，进入旋风筒底部在捕尘器34，经过初步净化的烟尘进入旋风筒下部的仿生肺装置33，本实施例中我们选用粘液型仿生肺，同样在净化气体出风口35设置颗粒物检测传感器351和喷淋装置352，另一端则与下一级净化装置或与烟囱连接。在旋风筒下端设有止逆阀321，并与捕尘器34连接，捕尘器34的底部为一斜面出口344，捕集的微尘及水通过斜面流入炉子的出尘部。通过调节喷水量及组合数量来达到净化效果符合排放标准。本实施例中材质均采用耐高温材料。

本实施例中，由于燃料所含成份的不同，可产生SO₂、CO₂、氨气等有害气体，可根据主要有害气体的酸碱或溶解属性，配置酸碱属性的粘附液，含甲醛的还可用含蛋白性质的明胶或其它植物蛋白物或其它除甲醛物质溶液来吸附。

实施例4

如图8所示，为了解决雾霾天气人们的出行，高粉尘作业以及花粉过敏者的空气净化需求，我们设计了如图8所示的仿生面罩。仿生面罩由4部份组成，扣在鼻子上的面罩1＇与通气管2＇连接，通气管2＇的另一端与面罩1＇内的仿生肺装置3相连，及套头松紧带4＇。

本仿生面罩的仿生肺装置3可采用如图9或图12所示的结构。

图9中所示的仿生肺装置3结构，是粘膜型仿生肺，适合能及时更换粘膜的情况。吸气时，空气从仿生肺装置3进气口334进入，经切向旋转进入仿生肺装置3内芯333，仿生肺装置3内芯333如图10和图11所示，由支撑骨架332和粘性膜331组成，与进气口334相接。气流经旋转上升至上部时，通过有粘附液的海棉状载体335，经吸气单向阀336进入总气管2＇，经面罩进入鼻腔。吸气时吸气单向阀336上面的薄膜向上，气孔打开，呼气时，薄膜向下紧贴气孔，气也关闭；呼气时，呼气单向阀337下面的薄膜向下，远离气孔，气孔打开，呼气与吸气进来的新鲜气混合，从底部旋转进入仿生肺装置3内芯333，同样吸气时，呼气阀337下面紧贴气孔，呼气阀关闭。

图12所示的是粘液型仿生肺装置。又如图13、14所示该装置由支撑骨架即载体和粘液组成。吸气时单向阀336开启，空气从进气口334切向进入仿生肺芯333，气体通过管芯微孔，经折返回从一层外周进入第二层，从第二层中心进入第三层，在第三层中心气体折返由外周进入第四层，在一层通向另一层时均不能直接通过，都经过了多次强制性折返，在扳返通过微孔时，气体中的微粒被粘液所捕获，气体中的微粒被去除。净化气体经过336单向阀连接的面罩进入人体，在吸气单向阀336上有薄膜3361和网孔板3362，吸气时网孔板3362上薄膜3361向上，气孔打开，呼气时薄膜3361向下，网孔板气孔被薄膜3361阻档而关闭，而呼气阀337网孔板3372上的薄膜3371被气体吹起，气体通过与从进气口334进入的气体混合；吸气时薄膜3371受膜内外压差的影响而紧贴网孔板3372，呼气阀关闭。

该仿生肺装置适合粉尘较重更换粘膜不方便的情况，在大型建筑的仿生风水净化装置中多用粘液型仿生肺。对于高粉尘作业环境的人员也适合用粘液型仿生肺面罩，过几分钟将仿生肺倒置并晃动即可让粘液重新涂布于图12中的支撑骨架，使仿生肺装置再生，在高粉尘装置中可采用间断或间歇式连续喷雾或喷淋装置。

本实施例的另一种方式是，为防止呼出气体不能有效进入仿生肺内芯，本实施例在面罩（1＇）上方开一个只出不进的单向排气口，用于呼出气体排放，以免发生缺氧。

本实施例可用羟丙基甲基纤维素（HPMC），羧甲基纤维素（CMC），尤其是具有正负2性电荷的聚丙烯酸季氨盐高分子材料分散于水或适宜介质作为粘液，可更广泛的适用于荷正、或荷负电的微尘粒子，使其具有了物理粘附的同时，还具备了静电粘附的特点。

对于严重污染的空气或需要长时间有效的面罩，采用多层组合复式面罩，如图19所示，底部由粘液型仿生肺芯333’组成，气流路线如图12所示，第二层为粘膜型仿生肺芯333’’，工作原理如图9所示，再用粘液型，依次交替组合。

所有面罩出口风气流越缓，效果越好，克服了传统口罩产生的憋气和呼吸急促。

实施例5：车间及其它超净作业场所的空气净化。

该实施例在实施例1的基础上进行改造，如图1所示，有条件尽可能将第一部份彻底实施，不能种植有花植物；第二部份中，初效、中效、高效滤器配备齐全，可在水洗加湿装置26和均流板25后再加1组加温干燥装置24。由于本实施例中有第一部分的室外空气预处理设施，第二部份的三效滤器要比通常的三效滤器的清洗和更换次数减少一半以上，且很容易在到cGMP（100级）A级动态检测标准。在仿生空气净化器的出口35部位，设置在线的颗粒物检测传感装置351，在颗粒物浓度接近不合格时，发出喷雾（或喷淋）信号，或者喷淋粘度更大的液体如从水更换为2%的HPMC溶液。在公共通风道4进入每单元或每层通过复式仿生空气净化装置42，这样就能实现动态100级净化标准且较小更换三效滤器的过滤袋。这个实施例可广泛用于制药尤其是注射剂车间和电子车间的净化。

实施例6：车般机舱等小空间的空气净化。

在公交车、飞机、轮船等狭小空间的进风可以在进风口加装如图3或图5所示的仿生空气净化器或复式净化装置。可以采用粘液型或粘膜型仿生肺装置33。装置进风口31与外界空气相通，出风口35与车或舱内空调供气系统相连。本实施例中进风方向与水平方向成5°角（即α为5°角）。

捕尘器34海绵状载体可以是塑料、树酯、纤维、天然木、麻、丝制品，也可以用多孔陶瓷、金属或合金材料。根据介质吸收有害汽体的化学物质稳定性来决定，如采用吸收SO₂气体的碱性溶液，则采用耐碱耐水的塑料或树脂。

实施例7：移动式仿生空气净化器。

如图19所示，，空气从外壳7上的进气小孔313进入，经过消声罩314，再经风机315，使风力达到5级（风速大于每秒8米），进入仿生空气净化装置进风口31，汽流沿旋风筒壁32，旋转向下，进入仿生肺装置33，气体在仿生肺中经过净化经仿生出气管336直接送到，仿生净化装置排风口35排出。在排风管35最前端装有与压力泵354相连的喷嘴352，向旋风筒壁喷水或粘附液。与压力泵相联的贮水筒355，贮水筒355与捕尘器贮液筒34相连，从喷嘴喷出的多余水或粘液流经旋风筒壁最后集中于捕尘器贮液筒34，微尘经常沉淀过滤后上清液流入贮水筒355定时清洗捕尘器贮液筒34，以保持流入贮水筒355的水或粘附液的洁净度。

实施例8：净化效果实验。

为了研究其净化效率和其实用性，发明人采用图5所示的复式仿生空气净化器作为净化设备，对净化效率与持续时间等参数之间的关系进行了考察。本次测试装置如图20所示，图中α、β角均为0°，或者图5中1次进风方向与水平方向成0°角，横向旋风筒进风方向与垂直方向成0°角。

在图20或图5中，气体从进风中31进入，此处可设置尘埃粒子传感器311或在出风口35处设置传感器351，便于实时启动喷雾装置352；气体切向进入旋风筒32，旋转气流中的微粒在喷雾装置喷出的粘性物质的作用下相互附聚变大而落于捕尘器34中，捕尘器34由旋风筒底部止逆阀321和介质取出门341和介质342组成，为防止多余的粘液或水流出开门部位上半部挖空呈半曹形，喷液量大时还可设置溢出阀343，如图6所示，燃烧源净化装置的捕尘器34还设有微尘出口344，可使微尘进入燃料灰池中；气体沿筒壁旋转向下，气体进入仿生肺33，如图9或图12所示，气体在仿生肺芯中经过多次折档，其微粒被粘膜或粘液所捕获而净化，净化气体通过仿生肺风管，被强制送入出口35,克服了传统旋风除尘器进风形成湍流而直接被排出的缺陷;气体经35排出后，切向进入横向旋风筒36，进行二次旋风净化，气体在横向旋风筒36旋转，其尾风经尾风口361进入进气口31，与新风混合进行循环净化，在横向旋风筒36净化气体经折返由净化气体出口362排出。这是一个具有循环净化功能的装置。

为考察影响净化效果的影响因素，我们设计了如表1所示的正交表，结果见表2。

表1影响净化效率的因素及水平

为了观察净化效率，在图5中，粘附面积（B）旋风筒公共部分按1计算，按仿生肺增加部分，如 按旋风筒有效部分面积的1倍或者1.5倍计算;粘附路径按最长路径和最短路径的平均数计 算；C0为进行装置之前的PM2.5。以上计算也是基于喷淋或喷雾一次（5分钟）。

表2L16（4⁴）正交试验表及结果表

从以上实验可知，粘附材质对粘附效率（C₀-C_t/C₀）的影响最大，其次是微尘经过粘附介质的平均路径（S），粘附的有效时间(t)与粘附路径的影响大致相当，对粘附介质的面积对路径没有差异时，影响较小。由此可知，如果不能及时更换粘附介质，则加强喷淋或喷雾时间，则能保持较高的粘附效率，串联粘附净化装置可提高净化效率。

分别利用水、2%明胶溶液、1%HPMC（羟丙基甲基纤维素）溶液和市售的水凝胶进行模拟雾霾天气的净化试验，把要净化的空气导入装置1分钟，用激光粉尘测试仪（型号-Y09-PM10）分别测定以下粘附液的粘附率（C₀-C_t/C₀%）：结果见表3。

表3：装置1分钟粘附率

共测定了10组数据，每组数据测定净化装置入口数据（C₀）和出口数据（C_t）共2-6次，取平均值，计算其粘附率（C₀-C_t/C₀%），结果见表4。

表410组检测值结果均值

以上检测结果仍然显示出粒子直径越小去除率越低，虽然没有显著性差异，但还是很直观地显示出粒径越小，净化效率越低。从上表显示这套装置单次净化效率可以达到25%-80%，如果重复组合使用，则一定能达到要控制的标准。

实验装置风速为5、7级风即每秒8-16米。

实施例9开放体系净化布局

开放体系旋风区风力在3、4级以上。我们国家可以从北向南设定三至四级旋风净化区，层级越多越好，利用山体、防风林带、建筑体，外加风机等进行系统设计，可对雾霾天气实施有效治理。

应用本发明构思和原理，针对整个大中华版图，可以从西至东，从北到南，可建立几条防风带，让其即产生一定数量的伴有水环境湿度（RH75%）旋风净化中心，有大约30—50%的风可继续向南、向东流动，分层次的设立，同时充分利用河流和湖泊，尽可能在这些水面上形成旋风，这次将能减轻禁排和停产的压力。有些城市具有营造整个区域宜居风水环境的天然优势，可通过适当形状和位置的建筑物，来改变风速、风向，并利用城市中天然或人工河流、湖泊、喷泉，使空气中悬浮的尘埃团聚、沉降下来。同时要减少产尘土地或路面暴露，增加绿色植被；减少汽车、烟囱排放，增加路面喷洒（水）次数。主要有2点一是利用建筑物或植物形成“旋风”；二是让“旋风”在相对湿度（RH75%）的环境下旋转（水或喷雾（淋））。城市或小区建设要有营造“风水宝地”的建筑设计理念，不要放过任何一个哪怕很小的排放（民炊或小饭店），微尘聚集点，更不能忽略生态植被的保护，加强退耕还林，减少沙化和暴露。要进行系统设计，综合治理，并要强有力的法律保证。每个人从产生尘埃的小卫生做起，控制排放，净化进气；政府部门从各种排放的控制做起，同时还要做好沙化治理，退耕还林、保护植被和生态平衡；从雾霾天气应对的面罩及进气系统的有效净化，若持续数日不散也可采用人工降雨，也让人们彻底摆脱劣质空气的危害。任何单纯的禁止或关闭措施，都不能解决当前十分严重的雾霾天气，只有全民行动起来，树立不要让“一粒微尘”进入空气的意识，通过立体综合系统的治理，才能让我们的仿生布置没有市场，只用于高粉尘作业的人员。

以上提及的仅是优先的方案和实施案例，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种仿生空气净化方法，其特征在于包括下列步骤：

第一步使空气形成人工旋风或者非直流风；

第二步在空气净化通道上设有使空气颗粒物凝聚或粘附截留的仿生肺装置；所述的仿生肺装置包括由粘性物质及用于固定粘性物质的载体组成的内芯；所述的粘性物质是粘性液体；所述的用于固定粘性物质的载体是多孔海绵状的材料，所述的粘性液体是按质量比计的1％～2％明胶液或1％～4％HPMC溶液或0.3％～0.5％水凝胶。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多孔海绵状的材料是塑料、纤维、天然木、麻或丝制品、多孔陶瓷或金属。

3.一种仿生空气净化器，其特征在于，该空气净化器包括设有进气口和出气口的旋风筒、捕尘器和如权利要求1所述的仿生肺装置；其中，所述的仿生肺装置设于旋风筒内的底部；捕尘器与仿生肺装置及旋风筒相通，于旋风筒的下方；所述的旋风筒的筒壁上设有粘膜；所述的捕尘器上包括设有活动开口的容器状外壳，内部填充可吸附或承载粘性物质的海绵状多孔介质，旋风筒与捕尘器连接处设有单向阀；旋风筒内的空气流经进气口旋转下行经仿生肺装置后从出气口输出。

4.如权利要求3所述的空气净化器，其特征在于，所述的旋风筒的进气口与其相同水平或垂直方向的夹角0°-45°度夹角，出气口沿旋风筒垂直中轴线设置；所述旋风筒的旋风区风力为每秒8-16米；出气口端设有空气颗粒物或湿度或温度检测传感装置。

5.如权利要求3或4所述的空气净化器，其特征在于所述的旋风筒的入风口或出风口上另加设一副旋风筒，该副旋风筒和旋风筒的入风口和出风口相通，可将入风口和出风口的空气做旋风化并做进一步的净化。

6.一种建筑物仿生空气净化系统，其特征在于，该系统在待净化空气进口处依次设有植物墙、水池或喷淋装置、如权利要求3或4所述的仿生空气净化器及净化空气输送系统。

7.如权利要求6所述的仿生空气净化系统，其特征在于，该系统在水池或喷淋装置与所述仿生空气净化器之间还设有空气预处理系统，该系统依次包括若干空气过滤器、空气加热盘管、均流板、水洗加湿器及出风口，该出风口与所述仿生空气净化器连接；所述的植物墙、水池根据建筑物的地形布局成旋风结构，将空气导入如权利要求4或5所述的仿生空气净化器。