CN105013609A - 超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法及其装置，利用水分子主动捕集静电除尘。该方法中，利用超声波雾化器将水雾化成小液滴，利用半导体制冷片热端将液滴蒸发，利用半导体制冷片冷端将水蒸气冷却，使水蒸气达到过饱和状态，水蒸气分子以微尘为凝结核发生相变形成团簇，经过板式静电除尘器团簇荷电被脱除。

Description

超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法及其装置

技术领域

本发明提出一种让通过超声波雾化的水滴和空气混合，依次通过半导体制冷片的冷端和热端，使水蒸气蒸发后以空气中雾霾微尘为凝结核形成团簇，经过静电场团簇荷电脱除的微尘脱除技术。

背景技术

近几年，随着国家经济进步，重工业和燃油燃煤等工业发展、车辆增多等等因素，雾霾天气成为现在最为严重的自然灾害之一。雾霾微尘中有害健康的主要是直径小于10微米的气溶胶粒子，尤其是通常提到的PM2.5颗粒，会分别沉积于上、下呼吸道和肺泡中，引起多种呼吸道疾病，有些研究指出，严重雾霾甚至会影响新生儿体重。雾霾已经严重影响人们的生活环境，影响了我国经济的发展。

目前已经成熟的家用空气净化器技术在颗粒微尘脱除方面，主要为两种技术，其一使用HEPA滤芯对气体进行过滤；其二采用静电集尘技术，使微尘在静电场中荷电，并在电场中偏移从而被收集。

目前仅使用滤网的空气净化器，例如飞利浦AC4076、松下F-PDF35C-G、夏普KC-2380SW、霍尼韦尔PAC35M、三个爸爸系列等。HEPA滤网是目前较为成熟的技术，对微尘颗粒的过滤效果较好。其主要问题在于由于微尘颗粒在HEPA滤网上堆积，会导致滤网透气阻力增加，使空气净化器空气处理量迅速下降，同时堆积的灰尘会滋生细菌，产生异味。根据使用者提供的数据，2014年在上海使用一台日本产百慕达滤网空气净化器，三个月时间滤网上灰尘颗粒已经饱和，并且产生类似汽车尾气的味道。在雾霾严重的时候，高效滤网的使用寿命仅为两三个月。频繁更换滤网明显增加空气净化器使用成本，同时滤网上灰尘堆积不能及时清除，也会对室内环境产生二次污染。

仅使用静电集尘技术的空气净化器具有代表性的是贝昂空气净化器，该厂商所生产的空气净化器使用介质阻挡放电原理，通过高频高压电极产生等离子体场，微尘在等离子体场中荷电，并被收集极吸附，可以通过水清洗收集极洗去微尘。但是该方案中存在的主要问题为，一、大规模空气等离子体场会产生臭氧，臭氧浓度较高时，人会有不适感，通常认为当人可以嗅到臭氧气味时，臭氧浓度已经过高。臭氧是空气等离子体过程中不可避免的产物，贝昂空气净化器的用户经常反应有臭氧气味产生；二、微尘颗粒过小时，不能高效吸附负电荷，因此对于较大颗粒该方法可以有效去除，但是颗粒较小时，如PM2.5微尘去除效率往往不高；第三、由于微小颗粒在电场中需要足够的偏转时间才能被吸附，所以静电除尘器中通常不配备风扇，因此其空气处理量和环境通风量必然过少，因此处理速度受到非常大的限制。

发明内容

为了克服现有的空气净化器脱除颗粒物技术中存在的不足，本发明提出一种水分子相变主动捕集尘埃的技术。本发明的技术方案为：一种利用半导体制冷片使雾化水滴先蒸发后凝结，以空气中雾霾微尘为凝结核形成水分子团簇，经过静电场团簇荷电脱除的雾霾微尘脱除技术。

本发明的技术方案为：一种超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法，步骤为：

第一步，采用超声波雾化器将水雾化，形成微小水滴，雾化水滴和含微尘颗粒的空气混合得到混合气体；

第二步，混合气体依次通过半导体热端和冷端通道，混合气体在半导体热端通道中先加热蒸发，随后通过半导体冷端通道时遇冷达到过饱和状态，以空气中雾霾微尘为凝结核形成水分子团簇；

第三步，含有水分子团簇的气体通过板式静电除尘器，在板式静电除尘器中，经过等离子体场团簇荷电偏转，最终被吸附在静电极板上脱除；气体在板式静电除尘器中的滞留时间大于0.05s；

第四步，洁净气体由除尘器尾端风扇排出。

所述的超声波雾化器最大功率为20W，雾化量可调，最大雾化量不小于600ml/h。

所述的雾化水滴和含尘颗粒的混合，其中水蒸气通量和气体通量的质量比为1‰～5‰。

控制半导体通道中气体流速，调节半导体热端和冷端温度，使两侧温度差不小于6℃。

用于所述的超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法中的装置，主要由超声波雾化器、半导体热端和冷端通道、板式静电除尘器和风扇串联组成。

所述的半导体热端和冷端通道是由两块板翅式散热片分别贴附在半导体制冷片热端和冷端构成。

所述的板式静电除尘器的尺寸能够满足气体滞留时间大于0.05s，极板间静电场强度大于等于1000V/mm。

所述的风扇采用轴流风扇或涡流风扇，风扇流量大于等于400m³/h。

所述装置整体置于壳体中。

有益效果：1、颗粒脱除效率极高。本发明提出的形成雾霾微尘水分子团簇技术是主动捕捉微尘技术，该方法中颗粒直径越小，越容易形成团簇，其脱除效果越好，脱除效率极高。

3、空气净化量大。本发明中提出的核心技术中没有滤网带来气体阻力，气流速度值远远超过目前现有的所有空气净化器中气体流速，因此气体净化量远远超过同类产品，换言之，该方法非常适合大规模空气净化需求。

4、不需要额外耗材，不产生二次污染。本发明采用主动捕捉微尘颗粒方法，可以大幅提高微小颗粒的脱除效率。系统中没有采用HEPA滤网和活性炭，因此避免了更换滤网带来的额外费用，同时避免了滤网上微尘堆积产生二次污染的现象。直接使用水分子团簇将等离子体产生的有害物质溶解脱除，避免了仅用等离子体带来的气体污染。

综上所述，本发明提出的超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法具有极高脱除效率、具有明显竞争优势的治理方法。

附图说明

图1为本发明总体内部结构图，包含1、超声波雾化器，2、半导体热端和冷端通道，3、静电除尘器，4、风扇。

图2为图1中之2半导体热端和冷端通道的具体结构图。其中2-1为保温层，2-2为半导体制冷片，2-3为板翅式散热片，2-4为热端气体通道，2-5为冷端气体通道。

具体实施方式

下面结合图1，对本发明作详细说明：

本发明提出，利用半导体制冷片热端对超声波雾化后的水滴进行加热，再利用制冷片冷端使混合气体迅速降温，在相变过程中水分子以雾霾微尘为凝结核形成水分子团簇，经过静电除尘器团簇荷电脱除。采用超声波雾化器和半导体制冷片结合，使水先蒸发后凝结，主动捕集微尘颗粒的方法。利用本方法和装置，可高效脱除微尘颗粒，同时凝结形成的水分子团簇吸收静电场中的臭氧等气体废弃物。

具体步骤为：

第一步，采用超声波雾化器将水雾化，形成微小水滴，雾化器最大功率为20W，雾化量可调，最大雾化量不小于600ml/h。雾化水滴和含微尘颗粒的空气混合，水蒸气通量和气体通量的质量比为1‰～5‰；更佳是水蒸气通量和气体通量的质量比为1‰～2‰；

第二步，混合气体通过水分子相变通道。该相变通道由半导体制冷片和板翅式散热片组成，热端和冷端散热片面积保持一致。混合气体在半导体制冷片热端气体通道中被加热，雾化水滴蒸发形成水蒸汽分子，随后混合气体通过半导体制冷片冷端通道，在冷端气体通道中水蒸汽分子遇冷，以空气中雾霾微尘为凝结核形成水分子团簇。半导体制冷片功率不大于150W，可以使两片12706半导体制冷片串联达到该功率要求。其中通过控制通道中气体流速，调节半导体热端和冷端温度，使两侧温度差不小于6℃。

第三步，含有水分子团簇的气体通过静电除尘器。该静电除尘器为板式静电除尘器，极板间静电场强度不小于1000V/mm。为保证足够的偏转距离，要求气体在极板间滞留时间超过0.05s。当静电除尘器极板尺寸为150mm×300mm，静电除尘器通流截面为100mm×300mm时，可处理空气流量为324m³/h，显然这种处理方式气体处理量非常大。

在静电除尘器中，团簇中的水分子很容易吸附电子使团簇荷电，可以在电场中发生偏转，最终静电极板上被吸附，并通过污水排出将气体中微尘颗粒物带走。同时水分子形成的团簇可以溶解放电过程中形成的臭氧等产物，污水排出的同时将等离子体放电产生的污染物同时溶解排出。

第四步，该除尘器中，由除尘器尾端风扇将气体抽出，该风扇流量不小于400m³/h。风扇可采用轴流风扇或涡流风扇。

所述的超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法中使用的装置，所述的装置由超声波雾化器、半导体热端和冷端通道、静电除尘器和风扇组成。

所述水分子相变通道由半导体制冷片和散热片组成，两块板翅式散热片分别贴附在半导体制冷片热端和冷端，两端散热片板翅间空隙和通道外壳分别组成气体热端通道和冷端通道。板翅式散热片可采用铝质或铜质散热片。

所述静电除尘器采用常规板式静电集尘器。

实施例

1、超声波雾化器雾化量为500ml/h。

2、采用两片70W半导体制冷片，采用铝质板翅式散热片，冷端通道和热端通道截面为70mm×70mm，热端通道中气体主体部分温度达到40℃，冷端通道中气体主体部分温度达到33℃。

3、静电除尘器极板尺寸为150mm×300mm，静电除尘器通流截面为100mm×300mm时，极板间静电场强度1200V/mm。

4、尾端采用轴流风扇，气体通流量达到330m³/h。

5、采用烟饼燃烧产生雾霾颗粒，当实验空间为1m³时，当初始PM2.5达到650μg/m³重度污染时，超声波雾化器雾化的液滴与污染空气混合，进入半导体热端通道，混合气体在半导体制冷片热端气体通道中被加热，雾化水滴蒸发形成水蒸汽分子，随后混合气体通过半导体制冷片冷端通道，在冷端气体通道中水蒸汽分子遇冷达到过饱和状态，以空气中雾霾微尘为凝结核形成水分子团簇。混合气体通过静电除尘器，在32s时间内，PM2.5降至60μg/m³以下，由风扇排出，达到良好气体状态。

Claims (9)

1.一种超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法，其特征在于，步骤为：

第一步，采用超声波雾化器将水雾化，形成微小水滴，雾化水滴和含微尘颗粒的空气混合得到混合气体；

第二步，混合气体依次通过半导体热端和冷端通道，混合气体在半导体热端通道中先加热蒸发，随后通过半导体冷端通道时遇冷达到过饱和状态，以空气中雾霾微尘为凝结核形成水分子团簇；

第三步，含有水分子团簇的气体通过板式静电除尘器，在板式静电除尘器中，经过等离子体场团簇荷电偏转，最终被吸附在静电极板上脱除；气体在板式静电除尘器中的滞留时间大于0.05 s；

第四步，洁净气体由除尘器尾端风扇排出。

2.如权利要求1所述的超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法，其特征在于，所述的超声波雾化器最大功率为20 W，雾化量可调，最大雾化量不小于600 ml/h。

3.如权利要求1所述的超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法，其特征在于，所述的雾化水滴和含尘颗粒的混合，其中水蒸气通量和气体通量的质量比为1‰~5‰。

4.如权利要求1所述的超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法，其特征在于，控制半导体通道中气体流速，调节半导体热端和冷端温度，使两侧温度差不小于6℃。

5.用于权利要求1～4任一所述的超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法中的装置，其特征在于，主要由超声波雾化器、半导体热端和冷端通道、板式静电除尘器和风扇串联组成。

6.如权利要求5所述的用于超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法中的装置，其特征在于，所述的半导体热端和冷端通道是由两块板翅式散热片分别贴附在半导体制冷片热端和冷端构成。

7.如权利要求5所述的用于超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法中的装置，其特征在于，所述的板式静电除尘器的尺寸能够满足气体滞留时间大于0.05 s，极板间静电场强度大于等于1000 V/mm。

8.如权利要求5所述的用于超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法中的装置，其特征在于，所述的风扇采用轴流风扇或涡流风扇，风扇流量大于等于400 m³/h。

9.如权利要求5所述的用于超声波雾化-水分子相变主动捕集静电除尘方法中的装置，其特征在于，所述装置整体置于壳体中。