CN104258660A - 微孔鼓泡式空气净化器 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保技术和家用电器的技术领域。一种微孔鼓泡式空气净化器，在进风口设有导流板和初级滤网，在气流通道设有微通道细孔筛板和吸水透气层。空气从进风口流入，先后吹扫初级滤网表面的液膜、接水盘内的液面和存贮吸收液的吸水透气层，夹带大量液体形成气液混合物，主要以微细气泡形式穿过筛板的微通道，在筛板上方形成鼓泡层，产生大量气泡并不断破裂和更新，达到极高的气液接触面积和传质效率。本发明综合利用液滴、液膜和气泡实现气液接触和过程强化，既可以有效去除液态或固态污染物，又可以吸收去除气态污染物，具有很高的净化效率。本发明结构紧凑，使用方便，气相阻力小，不需要更换耗材。

Description

微孔鼓泡式空气净化器

技术领域

本发明涉及一种气体净化装置，属于环保技术和家用电器的技术领域，可以应用于家用或商用空气净化器。

背景技术

空气净化器是去除空气中的各种固态、气态污染物的净化装置，常用的空气净化技术有过滤技术、吸附技术、吸收技术、等离子技术、负离子技术、化学催化、光催化、静电集尘、臭氧技术等。这些技术中的高效过滤技术和吸附技术性能稳定，但滤材寿命短，需要定期更换，使用成本很高；催化技术、等离子技术、静电技术针对特定污染源的净化效果较好，使用局限性很大，通常应用于复合型净化器，很少单独使用。

湿式净化不仅是重要的工业废气处理技术，近年来在家用和商用空气净化产品中也得到广泛应用。湿式净化通过水或其它吸收液与气体的接触，利用液滴和颗粒物之间的惯性碰撞、扩散、拦截等作用捕集尘粒，可以有效去除0.1～20微米的液态或固态污染物，也能通过吸收去除气态污染物。湿式洗涤净化最常用的技术路线是将水以水滴、水雾的状态直接喷淋到气体流经的通道，或喷洒在气流通道中的滤网、滤芯、加湿盘上形成液膜，通过气液接触捕获和吸收空气中的污染物，其典型应用如：中国专利“加湿器及空气净化器(CN101532712)”、“具有加湿功能的空气净化器(CN101301555)”、“空气净化器及凝结器(CN101639250)”、“一种圆锥形内螺旋吸水式水洗空气净化装置(CN201218573Y)”。但喷淋方法通常气液接触面积小，接触时间短，因而一次通过净化效率并不高，常与其它技术组合使用。湿式洗涤净化的另一种技术路线是鼓泡法，将空气压入水中鼓泡，如中国专利“旋流式空气净化器(CN101737210A)”；或用空气冲激液面起泡，如中国专利“一种冲激式室内空气净化器(CN101498483)”。鼓泡方法气液接触较为充分，但气相阻力要达到500～1000Pa以上，需要高静压风机甚至气泵进行气体输送，很难投入实际应用。夏普公司开发的净离子群技术与传统的湿式净化方法不同，将空气中的水分子电离成H自由基和OH自由基，再包裹水分子，对细菌、病毒具有很强的灭活能力，例如中国专利“杀菌方法、离子发生元件、离子发生装置和空气调节装置(CN101396567)”。

在工业废气处理中，喷淋式净化工艺依靠水泵的动力将水提升后通过喷淋头、雾化头向下喷淋，或喷洒在挡板上形成水帘流下，空气在风机抽吸下自下而上流动，与液相逆流接触。操作条件为气体流速0.5～2m/s，耗水量0.5～1.5L/m3，压力损失100～500Pa，其结构简单，阻力小，但设备庞大，耗水量大，除尘效率较低。一种自激式净化工艺，气流转弯向下冲击水面后，通过S形通道节流激起大量的水花，由于尘粒与液滴之间的碰撞、拦截和凝聚作用，使含尘气体得以净化。操作条件为气体流速10～20m/s，耗水量0.05～0.1L/m3，压力损失1000～1500Pa，除尘效率可达95％，其结构紧凑，占地面积小，负荷适应性好，耗水量少，但压力损失很大。一种板式塔洗涤净化工艺，塔板上分布大量气孔供气相通过，气液接触在塔板上的鼓泡层进行，液相由水泵泵送从塔顶向下喷淋，气流穿过液层时形成大量气泡并不断破裂和更新，在鼓泡区将粉尘捕集下来，常采用多层塔板以提高净化效率。操作条件为气体流速1～3m/s，耗水量0.1～0.3L/m3，压力损失300～1000Pa。板式塔按孔径分为小孔筛板(3～8mm)和大孔筛板(10～25mm)。小孔筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液；大孔筛板则易漏液，要求的操作压力高，传质效率也较低。筛板塔较好地兼顾了处理通量、净化性能和运行能耗，但其结构较复杂、操作弹性小、安装要求高。

与工业废气处理不同，家用和类似用途的空气净化器对于气相阻力的要求较为苛刻。由于噪音、结构等因素对风机的限制，家用空气净化器的气相阻力要求通常为100～200Pa，压降达到300～500Pa就很难进入实际应用，更高的压降基本已无法实施。鼓泡式净化技术中气体穿过鼓泡层需要克服液位的压力，气相阻力很高，因而在家用空气净化器中尚未得到成功应用。

发明内容

因此，本发明是为解决上述问题而提出的，目的是提供一种新型的微孔鼓泡式空气净化器，显著增大气液接触效率、减小气相阻力，通过强化传质操作达到很高的空气净化效率，减小系统的压降和能耗，其结构简单、操作稳定、便于维护。

一种微孔鼓泡式空气净化器，包括壳体、进风口、筛板、出风口、升液器、降液器、水箱和风机。进风口位于水箱液面以上位置；壳体与进风口、出风口构成气流通道；筛板位于壳体内的气流通道中。其特征在于：气体在风机作用下从进风口进入壳体，夹带液体形成气液混合物穿过筛板，在筛板上方形成鼓泡层；气体从出风口流出，液体从降液器流下。

进一步地，进风口设有导流板，导流板的底部形成接水盘；降液器设有降液槽，降液槽位于导流板的上方，降液槽的下部和/或底部设有出水孔；导流板与所述降液槽之间设有初级滤网。鼓泡层的溢流液从降液槽的出水孔流出，淋到初级滤网上，再流入接水盘。初级滤网和接水盘上的液体被进气气流冲溅夹带，成为气液混合物。

特别地，本发明中的筛板是微通道细孔筛板，具有一定高度、遍布微孔通道，微孔孔径0.8～8mm。气液混合物通过微孔通道时被切割、挤压，主要以微细气泡形式通过，具有很大的接触面积和很高传质效率。

特别地，筛板的下方设有开有大量通孔的吸水透气层，气相阻力小，吸水性强，可以存贮液体。在气流穿过吸水透气层时，将其所存贮的液体吹起，夹带而成气液混合物，增大了通过微孔通道的液气比和净化效率。

本发明提供的微孔鼓泡式空气净化器，空气在风机作用下从进风口进入壳体，经过导流板上方的初级滤网，初级滤网表面被降液槽流下的液体浸湿，空气中的固态污染物被初级滤网拦截、气态污染物被初级滤网表面的液膜吸收；气流吹扫初级滤网表面的液膜及接水盘内的液体，形成气液混合物流向吸水透气层。空气经过吸水透气层时，固态和气态污染物进一步被吸水透气层拦截和吸收，同时将吸水透气层所存贮的液体吹出，夹带着大量液体向上穿过筛板；气液混合物通过筛板的微孔通道时，固态污染物被液膜包裹、气态污染物被液膜吸收；进而气液混合物细孔筛板后，在筛板上方形成鼓泡层，产生大量气泡并不断破裂和更新，极大地强化了传质过程，具有很高的净化效率；空气继续向上流动，经过除雾器后从出风口排出。液体由升液器提升、或被空气夹带形成气液混合物，在筛板上方形成鼓泡层，高出降液器的溢流堰的液体流入降液槽，从降液槽的出水孔流向吸水透气层和/或导流板的接水盘；流到吸水透气层的液体被气流夹带穿过筛板，形成液流循环；流向接水盘的液体，一部分在初级滤网表面形成液膜被气流吹走，一部分流进接水盘后被气流吹溅，液体随气流夹带也形成液流循环；当吸水透气层和/或接水盘的积水量过大时，超量的液体向下流入底部的水箱内；而水箱内的液体则由升液器提升至筛板上方或吸水透气层或降液槽内，形成液流的大循环。

现有技术的筛板式鼓泡塔通常为气液逆流操作，液体分配器设于顶部，液体向下喷淋到最上方的塔板，逐块塔板溢流而下。气液接触只在塔板上的鼓泡层进行，塔板的筛孔内基本不发生气液接触和传质，孔径通常为3～25mm。本实施例提供的技术方案，筛板由具有一定厚度的微孔通道组成，液滴被自下而上的气体夹带，顺流穿过筛板的微孔通道后，再在筛板上方形成鼓泡层。气液两相流穿过微孔通道时主要以微细气泡形式通过，在塔板上方的鼓泡层进一步形成大量气泡并不断破裂和更新，因而具有很大的接触面积和很高传质效率。虽然每个微孔通道的孔径很小，但由于孔间距很小，开孔率(筛板上筛孔的总面积与开孔区面积的比值)反而高于现有技术的塔板，整个塔板的压降并不高。另外，与现有技术气体以连续相通过塔板的筛孔相比，本发明中大量气泡通过筛孔，以较高流速对筛孔进行持续的冲刷，并不容易产生结垢脏堵。

本发明综合利用液滴、液膜和气泡实现气液接触，采用过程强化技术，显著提高了净化效率。与现有鼓泡床净化技术相比，本发明使用了具有微通道的细孔筛板，气液混合物通过筛板的微孔通道时被切割、挤压，主要以微细气泡形式通过，具有很大的接触面积和很高传质效率。进而，气液混合物进入鼓泡层时形成的气泡直径也很小，与通常的鼓泡塔相比具有更高的接触面积和传质效率。同时，大量气泡高速对筛孔进行持续冲刷，不容易产生结垢脏堵。本发明通过气流通道中的初级滤网、接水盘和吸水透气层的贮水、释水，形成多个高效率的液相循环以增大液气比，不仅强化了传递和传质效率，而且有效降低和控制了气相阻力，使鼓泡式净化方法得以在家用空气净化器中应用。

本发明结构紧凑，使用方便，运行能耗低，不需要更换耗材。

附图说明

图1是实施例的微孔鼓泡式空气净化器的示意性剖面图。

图2是实施例的筛板剖面图。

图3是微孔鼓泡式空气净化器的液相循环框图。

符号说明：

1、壳体，2、进风口，3、吸水透气层，4、筛板，5、除雾层，6、出风口，7、导流板，8、初级滤网，9、鼓泡层，10、溢流堰，11、降液槽，12、风机，13、升液器，15、水箱

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行详细说明，可以理解本发明的目的、特征及效果。

图1是本实施例的微孔鼓泡式空气净化器的示意性剖面图。微孔鼓泡式空气净化器包括壳体1、进风口2、吸水透气层3、筛板4、除雾层5、出风口6、升液器13、降液器、风机12和水箱15。水箱15位于壳体底部；进风口2位于壳体下部、水箱液面以上的位置，从壳体的一侧或两侧或四周进风；除雾层5位于鼓泡层9的上方；出风口6位于壳体的上部。壳体1与进风口2、出风口6构成气流通道。气体在风机12的作用下从进风口2进入壳体1，夹带液体形成气液混合物后穿过筛板4，在筛板4的上方形成鼓泡层9；气体从出风口6流出，液体从降液器流下。

筛板4位于壳体内的气流通道中、水箱液面以上的位置。特别地，如图2所示，筛板4是微通道细孔筛板，也称蜂窝筛网，具有一定高度、遍布微孔通道。细孔筛板通常由金属薄片或纤维片材卷压成型、或金属薄板冲压成型、或陶瓷烧结成型、或注塑成型。筛板4的结构参数为高度3～30mm，平均孔径0.8～8mm，开孔率0.3～0.9。用于家用或类似用途的空气净化器时，微通道细孔筛板的优选结构参数为高度5～20mm，平均孔径1.5～3mm，开孔率为0.5～0.8。

吸水透气层3位于筛板4的下方，与筛板4的距离为0～50mm。吸水透气层3由泡沫金属材料或吸水性纤维材料制成，或由中间夹有吸水材料的双层或多层丝网制成。吸水透气层在轴向开有大量通孔，因而气相阻力小；吸水性强，可以存贮液体。在气流穿过吸水透气层3时，将其所存贮的液体吹出来，夹带形成气液混合物流向筛板4。这种方式与气体冲击液面激起水滴而形成水幕、或气体从液面下鼓泡的方式相比，不仅气液混合物中携液量大、分布均匀、液滴直径小，而且气相压降很小。

为使液体快速均匀地输送到吸水透气层，吸水透气层3的上表面设有从四周通向中间的沟槽。或者，吸水透气层为锥形结构：当液体从周边流入时，锥形结构的四周高中间低，液体从周边流向中心；当液体从中心流入时，锥形结构的四周低中间高，液体从中心流向周边。通过多种方式可以将液体输送到所述的吸水透气层，例如：(1)通过升液器13将水箱15中的液体提升，输送到吸水透气层；(2)鼓泡层9的液体从降液器的降液槽11流下，输送到吸水透气层；(3)从筛板4的筛孔向下漏液，流到吸水透气层。

降液器是鼓泡层液体回流的通道，例如设于筛板周边或中心的溢流堰、或设于筛板上的降液管。本实施例中的降液器包括设于筛板4周边的溢流堰10、溢流堰10外侧的降液槽11。溢流堰10的上端开有许多V形缺口，高于筛板10～80mm。进风口2设有导流板7，导流板7的内侧向上弯起，使导流板的底部形成接水盘。降液槽11位于导流板7的上方，降液槽11的下部和/或底部设有出水孔。降液槽11内的液体从出水孔流出，在进风口2形成水帘淋下，再流到导流板7的接水盘上。

在导流板7与降液槽11之间设有初级滤网8，是亲水性滤网或吸水性滤网。初级滤网8能对进气进行初级过滤，降液槽11内的液体流出后，淋到初级滤网8上，再流入导流板7的接水盘上。液体淋到初级滤网8的表面，可以快速高效地被进风口2的气流带走；积存在接水盘内的液体，也被进风口2的气流冲击溅起，形成气液混合物。接水盘内的液面高于导流板7的边缘时，溢出后流入底部的水箱2内。

升液器是水泵、螺旋提升管、差压提升管的中的一种机构或多种的组合。水泵是常用的液体提升设备；螺旋提升管是通过圆管内的螺旋杆转动来提升液体，也可看作水泵的一种；差压提升管可以不借助其它动力，靠筛板上下的压力差，通过细管将液体从下方的高压区提升到上方的低压区，但液体输送的流量和压头都较小。本实施例中的升液器13是螺旋提升管，螺旋杆通过风机的电机直接或间接带动(也可以通过单独的电机带动)。升液器将水箱中的液体提升，喷淋到筛板4的上方，或从吸水透气层3与筛板4之间向上喷射到筛板4的底部，或输送到降液槽11内。所述升液器将水箱中的液体提升，输送到以下的一个或多个位置：(1)喷淋到所述筛板4的上方；(2)从所述筛板的下方喷射到筛板4的底部；(3)输送到所述降液器的降液槽11内。

以下对微孔鼓泡式空气净化器的运行状态进行说明。

空气在风机12作用下，从进风口2进入壳体，先后经过导流板7上方的初级滤网8、气流通道中的吸水透气层3、筛板4、鼓泡层9、除雾层5，从出风口6排出。水箱15中的液体被螺旋提升管13提升，喷淋到筛板4的上方，及从筛板4的下方喷射到筛板底部。

将液体喷淋到筛板4的上方时，空气离开鼓泡区上升后与喷淋的液滴逆流接触，增强了净化效果；将液体喷射到筛板4的底部时，微细液滴被气流夹带通过微通道，这种板下喷射供液方式能显著增大通过微通道的气液混合物中的含液量，并减小气相阻力，未被带走的液滴落到吸水透气层3中。

更具体地，空气在风机12作用下从进风口2进入壳体，经过导流板7上方的初级滤网8时，初级滤网8的表面被降液槽11流下的液体浸湿，空气中的固态污染物被初级滤网8拦截、气态污染物被初级滤网8表面的液膜吸收；气流吹扫初级滤网8表面的液膜及接水盘内的液体，形成气液混合物流向吸水透气层3。空气中的固态和气态污染物进一步被吸水透气层3拦截和吸收，也将吸水透气层3所存贮的液体吹起，夹带着大量液体向上穿过筛板4；气液混合物通过细孔筛板4的微孔通道时被切割、挤压，主要以微细气泡形式通过，固态污染物被液膜包裹、气态污染物被液膜吸收。进而，气液混合物穿过筛板4后以气泡形式进入鼓泡层9，筛板4上方的鼓泡层9产生大量气泡并不断破裂和更新，极大地强化了传质过程，对气态、液态和固态污染物都具有很高的净化效率。经过鼓泡层9后，空气继续向上流动，通过除雾器5后从出风口6排出。

液相循环过程十分复杂，不仅因微孔鼓泡式空气净化器的具体实施方案而不同，还与空气净化器的操作条件有关，风量和静压、升液器的压力与流量、吸水透气层和降液槽的容量、溢流堰的高度都会影响液相的循环。为便于理解，图3给出了微孔鼓泡式空气净化器的液相循环框图，以下基于该图解释各种可能的液相循环过程，但并非所有过程都存在于图1所示的本实施例中。首先，水箱中的液体由升液器提升，可以喷淋到筛板上方的鼓泡层、或喷射到筛板底部随气流上升、或喷淋到吸水透气层、或输送到降液槽，或输送到上述的两个或多个位置。此外，如前所述，气流流经初级滤网、接水盘、吸水透气层时，都会将其中的部分液体吹溅出来，并夹带上行，直至穿过筛板到达鼓泡层。鼓泡层中高出溢流堰的液体溢流进入降液槽，一部分从降液槽下部的出水孔流到吸水透气层，另一部分从降液槽底部的出水孔淋在初级滤网的表面后流入接水盘。当接水盘内的存液过多时，液体溢出后流入水箱；当吸水透气层的存液量过大时，液体也将向下滴入水箱。特别地，在特定的操作条件下筛板发生漏液，鼓泡层的液体从筛板的孔漏出来，向下流到吸水透气层。需要说明的是并非对于所有实施方案和所有操作条件，图中的液相循环路径都全部存在。一般地，从水箱经升液器上升到筛板或降液槽、从鼓泡层溢流而下直至水箱的循环路径是最基本的液相循环，从吸水透气层随气流上升到筛板、从降液槽顺流回吸水透气层的循环路径是最高效的液相循环。

本发明一般采用水作为吸收液。特殊地，针对特定的气相污染物，如果对水的溶解度很小，可以选择适当的溶解度较大的吸收液，可以增强空气净化器对气相污染物的吸收去除性能。

本实施例所提供的微孔鼓泡式空气净化器结构紧凑，使用方便，气相阻力小，不需要更换耗材，具有很高的净化效率。

Claims (10)

1.一种微孔鼓泡式空气净化器，包括壳体、进风口、筛板、出风口、升液器、降液器、水箱和风机，进风口位于水箱液面以上位置，其特征在于：气体在风机作用下从进风口进入壳体，夹带液体形成气液混合物穿过筛板，在筛板上方形成鼓泡层；气体从出风口流出，液体从降液器流下。

2.根据权利要求1所述的微孔鼓泡式空气净化器，其特征在于：所述进风口设有导流板，导流板的内侧向上弯起，使导流板的底部形成接水盘；所述降液器设有降液槽，降液槽位于导流板的上方，降液槽的下部和/或底部设有出水孔；降液槽内的液体从出水孔流出，流到导流板的接水盘。

3.根据权利要求2所述的微孔鼓泡式空气净化器，所述导流板与所述降液槽之间设有初级滤网，其特征在于：降液槽内的液体流出后，淋到初级滤网上，再流入所述接水盘。

4.根据权利要求1所述的微孔鼓泡式空气净化器，所述筛板的下方设有吸水透气层，其特征在于，通过以下一种或多种方式将液体输送到吸水透气层：(1)所述升液器将水箱中的液体提升，输送到吸水透气层；(2)所述鼓泡层的液体从降液器流下，输送到吸水透气层；(3)所述筛板的孔漏液，向下流到吸水透气层。

5.根据权利要求4所述的微孔鼓泡式空气净化器，其特征在于，所述吸水透气层具有以下一种或多种的结构特征：(1)吸水透气层设有从周边通向中间的沟槽，(2)吸水透气层具有锥形结构。

6.根据权利要求1所述的微孔鼓泡式空气净化器，其特征在于：所述筛板是微通道细孔筛板，其结构参数为高度3～30mm，平均孔径0.8～8mm，开孔率0.3～0.9。

7.根据权利要求1所述的微孔鼓泡式空气净化器，其特征在于：所述筛板是微通道细孔筛板，所述微通道细孔筛板的优选结构参数为高度5～20mm，平均孔径1.5～3mm，开孔率为0.5～0.8。

8.根据权利要求1所述的微孔鼓泡式空气净化器，其特征在于，所述升液器是水泵、螺旋提升管、差压提升管的一种或多种机构的组合。

9.根据权利要求1所述的微孔鼓泡式空气净化器，其特征在于，所述升液器将水箱中的液体提升，输送到以下的一个或多个位置：(1)喷淋到所述筛板的上方；(2)从所述筛板的下方喷射到筛板的底部；(3)输送到所述降液器的降液槽内。

10.根据权利要求1所述的微孔鼓泡式空气净化器，其特征在于：所述吸水透气层由开有多个通孔的泡沫金属材料制成，或由开有多个通孔的吸水性纤维材料制成，或由中间夹有吸水材料的双层或多层丝网制成。