CN104226477A - 空气净化器及其净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空气净化器及其净化方法。本发明的空气净化器，包括：荷电部，包括电源和与电源电连接的放电结构；凝并部，位于荷电部的下游，凝并部的气流通道中设置有紊流发生件；收集部，位于凝并部的下游。本发明还提供了一种用于上述的空气净化器的净化方法。本发明的空气净化器及其净化方法，有效改善净化效果且成本较低。

Description

空气净化器及其净化方法

技术领域

本发明涉及空气净化技术领域，具体而言，涉及一种空气净化器及其净化方法。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，人们对室内空气质量的要求也越来越高，空气净化器也就应运而生。

高压静电除尘技术对去除颗粒物有较好的效果，而且与高效过滤网相比，风阻低，无耗材。但对于细颗粒物（PM2.5），普通静电除尘去除效果仍有待加强。但是与大颗粒物相比，细颗粒物对人体的危害更大。细颗粒物主要是室外生产活动产生的，如工业生产、汽车尾气等。但空气的自然流动将其输运至室内，严重影响了室内的空气品质。所以，我们急需找到一种有效去除室内细颗粒物的方法。

现有的典型的静电除尘技术和静电凝并结构如图1至图3所示，其中包括：荷电部10’，凝并部20’，收集部30’，放电极15’。其中，电源给放电极15’施加电压，放电极15’放电后放出正电荷和负电荷，空气气流中的颗粒物带上正电荷和负电荷。具体如下：

现有的典型的静电除尘技术如图1、图2所示。在图1单区静电除尘中，颗粒物的荷电、迁移与捕集在同一区域进行，即荷电部10’、凝并部20’和收集部30’设置在同一区域，当收尘极吸附过多粉尘时，可能导致反电晕现象出现。该方法多用于工业除尘和烟气净化。在图2双区静电除尘中，颗粒物的荷电、迁移与捕集过程在两个区域内完成，第一个区域内即在荷电部10’进行颗粒荷电，第二个区域内即收集部30’内荷电颗粒被捕集。这种静电净化器一般用于室内空调送风的净化系统中，这种集尘技术对细颗粒物的捕集效果有待进一步提高。

现有技术中的一种静电凝并结构如图3所示，包括荷电部10’、凝并部20’和收集部30’。在粉尘荷电部10’，带异种电荷的电晕丝对空气放电，携带颗粒物的气流流过该区域时，有的带上正电荷，有的带上负电荷；在凝并部20’内，交变的电场增加了荷电粉尘振动，使正负颗粒凝并成为较大颗粒，这样就提高了大颗粒在收集部30’的收集效果。这种三级结构中，每一个区都会产生臭氧，可能导致二次污染。而且，这种方案至少需要3种不同的高压电源供电，在荷电部10’使用了正、负两个直流高压包；凝并部20’使用了一个交流高压包；集尘部30’使用了一个高压包。即使集尘部30’使用的高压包可以跟荷电部10’共用，也需要3个高压包。为了提高凝并效果，该现有技术中在凝并区设置了一个交流高压包，这样在家用使用该空气净化器的成本较高。

发明内容

本发明旨在提供一种有效改善净化效果且成本较低的空气净化器及其净化方法。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种空气净化器，包括：荷电部，包括电源和与电源电连接的放电结构；凝并部，位于荷电部的下游，凝并部的气流通道中设置有紊流发生件；收集部，位于凝并部的下游。

进一步地，荷电部包括多个荷电通道，每个荷电通道中均设置有放电结构；凝并部为多个，每个凝并部具有相应的一个气流通道，每个气流通道的上游端与相应的一个荷电通道的下游端相连通。

进一步地，收集部包括：收集通道；驻极体收集结构，设置在收集通道中或设置在气流通道与收集通道之间。

进一步地，凝并部还包括：汇合通道，位于多个气流通道的下游端并与该多个气流通道相连通。

进一步地，汇合通道中设置有紊流发生件。

进一步地，紊流发生件为设置在气流通道的内壁上的多个突起。

进一步地，放电结构为碳刷结构或介质阻挡放电结构或锯齿结构，电源的输出端与碳刷结构的输入端或介质阻挡放电结构的输入端或锯齿结构的输入端相连接。

进一步地，多个气流通道之间具有间隔。

进一步地，气流通道具有：第一气流通道，与荷电部的下游端相连通；第二气流通道，第二气流通道与第一气流通道相连通，并与收集部的上游端相连通，且第二气流通道的轴线与第一气流通道的轴线具有夹角。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于前述的空气净化器的净化方法，包括：步骤S01：电源对放电结构施加电压，使得气流中的颗粒物带有电荷，其中，一部分颗粒物带有正电荷，另一部分颗粒物带有负电荷；步骤S02：使带有正电荷的颗粒物与带有负电荷的颗粒物随气流经过凝并部的设置有紊流发生件的气流通道，带有正电荷的颗粒物与带有负电荷的颗粒物在紊流状态下相混合形成大颗粒物；步骤S03：大颗粒物被收集部收集。

进一步地，电源对荷电部的多个荷电通道内的放电结构施加直流电压，颗粒物在每个荷电通道内带有的电荷为同种电荷，带有正电荷的颗粒物与带有负电荷的颗粒物在由凝并部的汇合通道内相混合形成大颗粒物。

进一步地，电源对荷电部的多个荷电通道内的放电结构施加交流电压，颗粒物在每个荷电通道内带有异种电荷，带有正电荷的颗粒物与带有负电荷的颗粒物在荷电通道内和汇合通道内相混合形成大颗粒物。

应用本发明的空气净化器及其净化方法，该空气净化器包括荷电部、凝并部和收集部，凝并部位于荷电部的下游，收集部位于凝并部的下游。其中，荷电部包括电源和与该电源电连接的放电结构，凝并部的气流通道中设置有紊流发生件。电源对放电结构施加电压，放电结构输出正电荷或者负电荷，使得空气气流中的颗粒物带上正电荷或者负电荷，带正电荷的颗粒物和带负电荷的颗粒物凝结成大颗粒后被收集部捕集。由于在凝并部的气流通道内设置有紊流发生件，使空气形成紊流，提高了凝并效率，进而改善了净化效果。而且，结构简单、成本较低。本发明的空气净化器及其净化方法，有效改善净化效果且成本较低。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据现有技术的第一种空气净化器的示意图；

图2示出了根据现有技术的第二种空气净化器的示意图；

图3示出了根据现有技术的第三种空气净化器的示意图；

图4示出了根据本发明的第一个实施例的空气净化器的示意图；

图5示出了根据本发明的第二个实施例的空气净化器的示意图；

图6示出了根据本发明的第三个实施例的空气净化器的示意图；

图7示出了根据本发明的第四个实施例的空气净化器的示意图；以及

图8示出了根据本发明的第五个实施例的空气净化器的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图4至图8所示，空气净化器包括三个工作区域：荷电部10、凝并部20和收集部30。

具体地，荷电部10包括电源和与电源电连接的放电结构。电源对放电结构施加电压，放电结构输出正电荷或者负电荷，使得空气气流中的颗粒物带上正电荷或者负电荷，带正电荷的颗粒物和带负电荷的颗粒物凝并成大颗粒。凝并部20位于荷电部10的下游，凝并部20的气流通道21中设置有紊流发生件，紊流发生件可使得流经的空气气流发生紊流，提高空气气流中颗粒物凝并的几率。收集部30位于凝并部20的下游，用于捕集颗粒物。

电源对放电结构施加电压，放电结构输出正电荷或者负电荷，使得空气气流中的颗粒物带上正电荷或者负电荷，带正电荷的颗粒物和带负电荷的颗粒物凝结成大颗粒后被收集部捕集。由于在凝并部的气流通道内设置有紊流发生件，使空气形成紊流，提高了凝并效率，进而改善了净化效果。可见本发明的空气净化器结构简单、成本较低，可有效地提高凝并效率进而改善净化效果。

其中，放电结构可以选择碳刷结构12或介质阻挡放电结构（DBD）13或锯齿结构14。

碳刷结构12即碳纤维束，每个碳纤维束中含有多个放电尖端，当通高压电时，每个尖端均可实现较剧烈的放电；介质阻挡放电结构13就是在导电平板中间插入不导电介质（如玻璃、陶瓷等）所形成的结构，当在导电平板上加高压交流电时，在该结构的气隙中（即导电平板与不导电介质之间的空间）剧烈放电，产生大量等离子体，这些等离子体可用于粉尘荷电；锯齿结构14就是用锯齿作为放电尖端，锯齿越尖锐，其曲率半径越大，在电场中越容易产生剧烈放电。

选择碳刷结构12作为放电结构时，电源的输出端与碳刷结构12的输入端相连接；同理，选择介质阻挡放电结构（DBD）13作为放电结构时，电源的输出端与介质阻挡放电结构（DBD）13的输入端相连接；当选择锯齿结构14作为放电结构时，电源的输出端与锯齿结构14的输入端相连接。电源可根据实际情况选择交流电或者直流电，如交流高压电和直流高压电。

碳刷结构12的臭氧产生量可以控制在很低的范围内，因为密集的放电尖端使电场趋于均匀，能起到抑制臭氧的生成。

介质阻挡放电结构（DBD）13是在外加交流高压的情况下，可将绝缘介质（如陶瓷、玻璃等）插入放电空间的一种气体放电形式。大气压下介质阻挡放电结构（DBD）通常表现为丝状流注放电模式，放电空间存在大量高能量密度的电流细丝，产生大量电荷。介质阻挡放电结构（DBD）13与碳刷结构12相比，介质阻挡放电剧烈，产生的电荷量更多，在颗粒物含量大的环境中优势比较明显。同时，电荷多可使得二次凝聚的概率增加，更利于收集部30捕集颗粒物，净化空气的效果更好。

锯齿结构14适合用直流高压电源实现静电凝并。

荷电部10包括多个荷电通道11，每个荷电通道11中均设置有放电结构。空气气流中的颗粒物在荷电通道11中带上了正电荷或者负电荷。

凝并部20为多个，每个凝并部20具有相应的一个气流通道21，每个气流通道21的上游端与相应的一个荷电通道11的下游端相连通。在凝并部20，正负电荷相互吸引，小颗粒凝聚成大颗粒。这样的结构设计，适合高效去除细颗粒物（PM2.5）。

其中，气流通道21可以设计为具有弯折部即具有转弯的通道，因为这样设计可使得凝并效果在气流通道21的转弯处尤其明显。优选地，多个气流通道21之间具有间隔，使得净化面积增大，净化的效果更好。

上述的气流通道21的转弯处具体如下：气流通道21具有第一气流通道212和第二气流通道213。第一气流通道212与荷电部10的下游端相连通，即第一气流通道212与荷电通道11的下游端相连通。第二气流通道213与第一气流通道212相连通，并与收集部30的上游端相连通，且第二气流通道213的轴线与第一气流通道212的轴线具有夹角。第一气流通道212和第二气流通道213的夹角处即为气流通道21的转弯处。为了提高凝并效果，根据实际情况的需要，转弯处可以不限一处，例如可以设置两处转弯处甚至更多。

优选地，紊流发生件为设置在气流通道21的内壁上的多个突起211。将紊流发生件设计为突起211，加工制作较为简单，紊流效果也较为明显。

凝并部20还包括汇合通道22，汇合通道22位于多个气流通道21的下游端并与该多个气流通道21相连通，即多个气流通道21的尾端汇集连通构成汇合通道22。优选地，汇合通道22中设置有紊流发生件。紊流发生件可以设计为多个突起211，多个突起211凸出地设置在汇合通道22的内壁上，使得经过这里的空气气流产生紊流，提高颗粒物的凝并效率，还能造成二次凝并。其中，突起211可以布满在汇合通道22的内壁上；也可以设置在汇合通道22的内壁的相对侧上，即突起211相对地设置在内壁上。

收集部30包括收集通道31和驻极体收集结构32。驻极体收集结构32，设置在收集通道31中。当然，驻极体收集结构32也可以设置在气流通道21与收集通道31之间。驻极体具有长期储存电荷功能的电介质材料，具有在无外电场的条件下能自身产生静电作用力的特性，特别适合用于捕集空气气流中的颗粒物，可以提高大颗粒物的捕集效果。驻极体收集结构32可以采用定期清洗即可重复使用的驻极体过滤网。

在上述荷电部10、凝并部20和收集部30中，只需在荷电部10设置一个高压包供电。高压包围关键部件，数量太多容易导致机器可靠性降低；高压包还会向空间产生辐射，其辐射场会影响空气净化器运行的稳定性。所以，提供单高压包的方式可靠性高、成本低。

另一方面，只在荷电部10采用高压电，可以显著减少臭氧生产；同时结构设计中的汇合通道22和突起211可以增加臭氧在气流通道21中停留的时间，形成的湍流可以将更多处于不稳定状态的臭氧分子分解为氧气分子。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于上述的空气净化器的净化方法，包括：步骤S01：电源对放电结构施加电压，使得气流中的颗粒物带有电荷，其中，一部分颗粒物带有正电荷，另一部分颗粒物带有负电荷；步骤S02：使带有正电荷的颗粒物与带有负电荷的颗粒物随气流经过凝并部20的设置有紊流发生件的气流通道21，带有正电荷的颗粒物与带有负电荷的颗粒物在紊流状态下相混合形成大颗粒物；步骤S03：大颗粒物被收集部30收集。

优选地，电源对荷电部的多个荷电通道内的放电结构施加直流电压，颗粒物在每个荷电通道内带有的电荷为同种电荷，带有正电荷的颗粒物与带有负电荷的颗粒物在由凝并部的汇合通道内相混合形成大颗粒物。

优选地，电源对荷电部的多个荷电通道内的放电结构施加交流电压，颗粒物在每个荷电通道内带有异种电荷，带有正电荷的颗粒物与带有负电荷的颗粒物在荷电通道内和汇合通道内相混合形成大颗粒物。

本发明提供了五个优选实施例，具体如下：

本发明提供的第一个优选实施例如图4所示，在入风口S1处，即在荷电部10处的入口处外加交流高压至碳刷结构12的尖端。当交流电在正半周时，碳刷结构12的尖端产生正电晕，荷电通道11内存在很多正电荷，因此空气气流中的颗粒物带有正电荷；当交流电在负半周时，碳刷结构12的尖端产生负电晕，荷电通道11内存在很多负电荷，因此空气气流中的颗粒物带有负电荷。这样，同一个放电通道即荷电通道11内同时存在正、负电荷，即同一个放电通道内的颗粒物既有带有正电荷的颗粒物又有带有负电荷的颗粒物，这样就在同一个荷电通道11内的带有正电荷的颗粒物和带有负电荷的颗粒物就会互相吸引凝并。进而地，在凝并部20，正负电荷相互吸引，所以带有正电荷的颗粒物和带有负电荷的颗粒物凝并成大颗粒。凝并部20的气流通道21具有弯折部即具有转弯，凝并效果在气流通道21的转弯和汇合通道22处尤其明显。为了提高凝并效率，可以在气流通道21的内壁上设置突起211，这样可以增加紊流，凝并效果更好。同理，在汇合通道22的内壁上也可以设置突起211。当凝聚后的打颗粒到达收集部30时，驻极体收集结构32将其捕集。净化后的空气气流从出风口S2排出。碳刷结构12臭氧产生量少，气流通道21内的突起211的存在提高了颗粒物的凝聚效果，且不存在耗材。本实施例中只使用了一个交流高压包供电，可靠性高，成本低。

本发明提供的第二个优选实施例如图5所示，与第一个优选实施例的不同点在于用介质阻挡放电结构（DBD）13代替碳刷结构12。在入风口S1中的介质阻挡放电结构（DBD）13上加交流高压，该介质阻挡放电结构（DBD）13在垂直于气流的方向上发生剧烈放电，可以产生大量正电荷和负电荷。介质阻挡放电结构（DBD）13与碳刷结构相比，介质阻挡放电剧烈，产生的电荷量更多，在颗粒物含量大的环境中优势比较明显。同时，电荷多可使得二次凝聚的概率增加，更利于收集部30捕集颗粒物，净化空气的效果更好。

本发明提供的第三个优选实施例如图6所示，与上述两个实施例的不同点在于电源施加的电压和放电结构的选择。本实施例中的放电结构采用的是锯齿结构14，即针-板式结构。具体地，本实施例通过一个直流高压包实现正、负两个放电通道即荷电通道11。以外加正高压为例进行说明。在一个入风口S1的针-板式结构中，针端接正高压，极板接地，这时在针端附近产生正电晕，在该入风口S1所在的荷电通道11内形成正放电通道；在另一个入风口S1的针-板式结构中，极板接正高压，针端接地，这时在针端附近产生负电晕，在该入风口S1所在的荷电通道11内形成负放电通道。带有正电荷的荷电通道11和带有负电荷的荷电通道11在汇合通道22汇合后，异种电荷的颗粒物在汇合通道22汇合并相互吸引凝并，形成大颗粒，被收集部30的驻极体收集结构32捕集。其中，凝并部20的气流通道21具有弯折部即具有转弯，凝并效果在气流通道21的转弯和汇合通道22处尤其明显。为了提高凝并效率，可以在气流通道21的内壁上设置突起211，这样可以增加紊流，凝并效果更好。同理，在汇合通道22的内壁上也可以设置突起211。

本发明提供的第四个优选实施例如图7所示，每个荷电通道11与相应的气流通道21相连通形成一个独立的通道，多个独立的通道平行布置，且多个独立的通道之间不具有间隔。这种结构设计更有利产品的空间利用，通道数量及每个通道中荷电部件的个数根据实际情况确定。其中，放电结构采用的是碳刷结构12。但由于没有设置汇合通道22，所以本实施例中对放电结构施加的只能是交流电。

本发明提供的第五个优选实施如图8所示，与第四个实施例不同点仅在于放电结构选用的不是碳刷结构12，而选用了介质阻挡放电结构13。介质阻挡放电结构（DBD）与碳刷结构相比，介质阻挡放电剧烈，产生的电荷量更多，在颗粒物含量大的环境中优势比较明显。同时，电荷多可使得二次凝聚的概率增加，更利于收集部30捕集颗粒物，净化空气的效果更好。

本发明提供的上述静电凝并方法是一种只有一个高压包即可实现的产生臭氧少、结构简单且无耗材的高效去除细颗粒物（PM2.5）的方法。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、空气净化器结构简单、成本较低；

2、提高了凝并效率，进而改善了净化效果；

3、只有一个高压包即可实现的产生臭氧少且无耗材的高效去除细颗粒物（PM2.5）。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种空气净化器，其特征在于，包括：

荷电部（10），包括电源和与所述电源电连接的放电结构；

凝并部（20），位于所述荷电部（10）的下游，所述凝并部（20）的气流通道（21）中设置有紊流发生件；

收集部（30），位于所述凝并部（20）的下游。

2.根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，

所述荷电部（10）包括多个荷电通道（11），每个所述荷电通道（11）中均设置有所述放电结构；

所述凝并部（20）为多个，每个所述凝并部（20）具有相应的一个所述气流通道（21），每个所述气流通道（21）的上游端与相应的一个所述荷电通道（11）的下游端相连通。

3.根据权利要求2所述的空气净化器，其特征在于，所述收集部（30）包括：

收集通道（31）；

驻极体收集结构（32），设置在所述收集通道（31）中或设置在所述气流通道（21）与所述收集通道（31）之间。

4.根据权利要求2所述的空气净化器，其特征在于，所述凝并部（20）还包括：

汇合通道（22），位于多个所述气流通道（21）的下游端并与该多个气流通道（21）相连通。

5.根据权利要求4所述的空气净化器，其特征在于，所述汇合通道（22）中设置有所述紊流发生件。

6.根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，所述紊流发生件为设置在所述气流通道（21）的内壁上的多个突起（211）。

7.根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，所述放电结构为碳刷结构（12）或介质阻挡放电结构（13）或锯齿结构（14），所述电源的输出端与所述碳刷结构（12）的输入端或所述介质阻挡放电结构（13）的输入端或锯齿结构（14）的输入端相连接。

8.根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，多个所述气流通道（21）之间具有间隔。

9.根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，所述气流通道（21）具有：

第一气流通道（212），与所述荷电部（10）的下游端相连通；

第二气流通道（213），所述第二气流通道（213）与所述第一气流通道（212）相连通，并与所述收集部（30）的上游端相连通，且所述第二气流通道（213）的轴线与所述第一气流通道（212）的轴线具有夹角。

10.一种用于权利要求1至9中任一项所述的空气净化器的净化方法，其特征在于，包括：

步骤S01：电源对放电结构施加电压，使得气流中的颗粒物带有电荷，其中，一部分颗粒物带有正电荷，另一部分颗粒物带有负电荷；

步骤S02：使带有正电荷的颗粒物与带有负电荷的颗粒物随气流经过所述凝并部（20）的设置有紊流发生件的所述气流通道（21），所述带有正电荷的颗粒物与带有负电荷的颗粒物在紊流状态下相混合形成大颗粒物；

步骤S03：所述大颗粒物被所述收集部（30）收集。

11.根据权利要求10所述的空气净化器的净化方法，其特征在于，所述电源对荷电部（10）的多个荷电通道（11）内的放电结构施加直流电压，颗粒物在每个所述荷电通道（11）内带有的电荷为同种电荷，带有正电荷的颗粒物与带有负电荷的颗粒物在由凝并部（20）的汇合通道（22）内相混合形成大颗粒物。

12.根据权利要求10所述的空气净化器的净化方法，其特征在于，所述电源对荷电部（10）的多个荷电通道（11）内的放电结构施加交流电压，颗粒物在每个所述荷电通道（11）内带有异种电荷，带有正电荷的颗粒物与带有负电荷的颗粒物在所述荷电通道（11）内和汇合通道（22）内相混合形成大颗粒物。