CN105627436B - 一种可再生的空气颗粒净化装置 - Google Patents

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Abstract

一种可再生的空气净化装置，该装置是把过滤网和静电式空气过滤技术相结合，以在主管道中利用过滤网进行新风过滤，待过滤网饱和后再利用系统中的再生风机反吹方式将粉尘反吹到系统的旁通管道中并利用在旁通管道中的静电式收尘模块把粉尘收集起来，定期清洗后可以反复使用，一方面延长了过滤网的使用寿命，另一方面也避免了使用静电式空气过滤技术带来的耗电量高及产生臭氧的问题，全热交换模块联用可以最大限度的节省能源，提高效率。

Description

一种可再生的空气颗粒净化装置
技术领域
本发明涉及一种空气颗粒净化装置，具体的是一种可再生、实现自身净化的空空气颗粒净化装置。可应用于空调、通风管道及相关设施中。
背景技术
维持生命的4个必备条件：阳光、空气、水、食物；如果没有空气则无法生存。据有关部门统计在中国由装修污染产生的甲醛超标引起的死亡人数已达11.1万之多，每天大约有304人因此丧生，数量大概于全国每天因车祸死亡的人数相当。据有关部门统计，全国100多万5岁以下儿童的死亡原因都与住进了新装修的房子有直接关系。目前新风行业发展的大环境是：1、生活水平的提升让人们不再为温饱而发愁，越来越多的人开始关注健康问题；2、室内装修污染问题被曝光的频率呈明显上升趋势，老人和孩子是最大的受害群体；3、由于工厂排放、汽车尾气等问题，中国整体的空气质量不容乐观，大多城市PM2.5问题是一个严峻的考验；4、国家相关政策已经出台：近期，有关部门相继出台了一系列针对室内空气污染问题的行业规范，对新建住宅室内空气质量的各项指标制定了明确标准，提出在今后的住宅建设上要大力推广新风系统，让室内空气健康的概念深入民心。但是由于中国大部分地区雾霾严重，新风在从室外被引入中央空调时需要把粉尘浓度降到标准以下，通常经由具备空气净化能力的新风系统引入的新风必须达到粉尘浓度小于35微克/每立方的标准。
现在市场上对粉尘的净化方法大致分为两种。一种是过滤网净化，即通过多层滤网，来过滤掉空气中的颗粒物，包括粉尘、某些细菌、皮屑等。特别是HEPA高效滤网，对0.1微米和0.3微米颗粒的过滤效率可以达到99.7％。但过滤网存在需要经常进行更换的问题。
另一种是使用静电除尘技术，但静电除尘技术容易产生臭氧，而臭氧是对人体有害的。如常用的静电除尘技术是基于放电电极高压放电，使空气电离，产生正离子和负离子，从而使粉尘带电，被吸附在集尘电极上，从而使空气得到净化。电压越高(40～75kV甚至100kV以上)、风速越小，除尘效果越好。此种方法的除尘效率能达到99％以上。然而静电除尘技术却无法成为室内除尘的主流技术，其主要原因在于静电除尘过程中会产生大量的臭氧。
如“储金宇等”著的2012年由“化学工业出版社”出版的“臭氧技术及应用”，其中第19-40页，对静电除尘产生臭氧的原理进行了如下描述：电离过程中产生的高速电子轰击氧气，使其分解成氧原子，之后通过三体碰撞反应形成臭氧：
e+O2→2O+e (1)
O+O2+M→O3+M (2)
式中M是气体分子中任何其他气体分子。
“静献等”撰写的“电除尘器内臭氧产生规律实验研究”，2011年“中国环保产业”，第42-45页，其中研究表明静电除尘产生的臭氧浓度随电压的增大而增大，随风速的增大而减小，参见图1：当电压为35kV、风速为1.0m/s时，在实验箱内产生的臭氧浓度约为0.1ppm。在实际应用中，为了达到更好的除尘效率，电压会增加，通常为40～75kV，且风速会减小，所产生的臭氧含量将会更高。
臭氧对人体的危害已经经过大量研究得到证实，当臭氧浓度约为0.03mg/m3时，鼻、眼粘膜和皮肤就会受到刺激，更高含量的臭氧会引起上呼吸道炎症，严重时会导致人体皮肤癌变和肺气肿。国家规定的臭氧限值是0.16mg/m3，约为80ppb，当室内臭氧浓度达到此限值时，已经对人体产生很大危害了，
由图1可以看出，正常工作的静电除尘净化器产生的臭氧肯定超过国家标准，当臭氧由进风口排入室内，必然会对人体造成危害。理论上臭氧的分解速度很快(半衰期为6分钟)，，但当净化器工作时，臭氧被源源不断的带入室内，会使室内臭氧浓度维持在一个较高水平，其对人体的危害不容忽视。
综上所述，静电除尘技术是一种有效的除尘方法，但其带来的严重后果使其注定不可大量用于室内，除了臭氧的危害，静电除尘技术还存在其他缺陷，如设备成本高(耗电大)、一次通过净化效率低(特别是小粒径颗粒)，安装运维要求高等。
发明内容
本发明提供一种可再生的空气颗粒净化装置，以解决上述问题，本方案将不直接采用静电式空气过滤技术过滤新风中的粉尘，而是过滤网作为中效过滤材料(前端加初效过滤网)，过滤网可以采用以高分子纳米材料为基础的过滤网。但是众所周知，过滤材料在一定的时间后会饱和，必须更换，否则效率将变得十分低下。在本案中为了延长过滤网的使用寿命减少更换次数，本案对用于过滤新风中的粉尘的净化工况，提出了一种可再生型的过滤系统，这种系统是把过滤网和静电式空气过滤技术相结合，以在主管道中利用过滤网进行新风过滤，待过滤网饱和后再利用系统中的风机反吹方式将粉尘反吹到系统的副管道中并利用在副管道中的静电式收尘模块把粉尘收集起来，定期清洗后可以反复使用，这种系统的好处是一方面延长了纳米过滤网的使用寿命，另一方面也避免了使用静电式空气过滤技术带来的耗电量高及产生臭氧的问题。和全热交换模块联用可以最大限度的节省能源。
本发明的技术方案为：
一种可再生的空气颗粒净化装置，包括新风净化模块，新风净化横块主要由模块主管道、排风管道、第一旁通再生管道、第二旁通再生管道和控制单元构成，模块主管道内依次设有新风进口，新风进风阀门，新风过滤单元，新风出风阀门，新风出口；排风管道依次设有排风管进口，排风阀，排风管出口；
第一旁通再生管道内设有再生进风阀，第二旁通再生管道设有再生出风阀和再生用静电收尘单元；
第一旁通再生管道的两端，其中一端连通于排风管道的排风管进口与排风阀之间位置处，另一端连通于模块主管道的新风出风阀门与新风过滤单元之间的位置处；
第二旁通再生管道的两端，其中一端连通于排风管道的排风管出口与排风阀之间位置处，另一端连通于模块主管道的新风进风阀门与新风过滤单元之间的位置处。
进一步地，排风管道内设有再生用风机，以加大风量。
进一步地，还包括全热交换模块，全热交换模块的进口连接于新风出口，全热交换模块的出口连接于排风管进口。
进一步地，控制单元连接控制新风进风阀门、新风出风阀门、再生进风阀、再生出风阀、排风阀的开启与关闭。
进一步地，模块主管道内设有进风口颗粒传感器和出风口颗粒传感器。
进一步地，排风管道内设有颗粒传感器。
进一步地，颗粒传感器位于排风管进口或排风管出口附近。
另外提供一种空气净化方法，包括净化状态和再生状态，净化状态实现空气的净化，再生状态实现新风过滤单元的自清洁。
进一步地，净化状态过程中，控制单元控制进新风进风口阀门和新风出风阀门处于打开状态，控制再生进风阀和再生出风阀处于关闭状态，排风阀处于打开状态，再生用风机和再生用静电收尘单元处于关闭状态，室外空气通过进风口阀门处进入模块主管道，然后通过新风过滤单元过滤掉空气中的颗粒物，再由出风口阀门进入到全热交换模块或空调系统，当进风口颗粒传感器和出风口颗粒传感器获得的空气中可吸入颗粒浓度数据差值持续小于设定值n0且时间处于设定时间段t1和t2之间时，控制单元判断新风过滤单元是否饱和，若饱和则进入再生状态，若不饱和由维持在净化状态。
进一步地，再生状态为，控制单元控制新风进风阀门和新风出风阀门关闭，同时控制再生进风阀和再生出风阀打开，排风阀关闭开启一部分，然后控制再生用风机和再生用静电收尘单元开始工作，引导排风管道和第一、第二旁通管道内的气流流通，气流依次通过排风管进口，再生用风机，第一旁通管道，新风过滤单元，第二旁通管道，再生用静电收尘单元，排风管出口，从而使新风过滤单元中的颗粒物被反吹转移到再生用静电收尘单元，最后被收集存储，达到新风过滤单元的再生效果，控制单元控制各个模块维持该状态持续一个设定时间t0后，控制单元重新判断进风口颗粒传感传感器和出风口颗粒传感器的数据：a.当进风口颗粒传感器的数据值≤设定值n1时重新控制各个设备进入净化状态；
b.当进风口颗粒传感器的数据值＞n1时，继续判断出风口颗粒传感器的数据值，如果该数据值＞设定值n2，自动控制单元向管理人员发送需要清洗静电除尘单元的报警信息，否则再持续再生状态t时间，然后循环往复。
附图说明
图1为静电除尘气箱内(体积为0.25m3)臭氧的平均浓度与电压、风速的关系示意图。
图2全热交换器模块与新风净化模块联合工作示意图
图3新风净化模块结构及工作过程示意图
图4新风净化横块控制流程图
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，
如图2，图3所示，一种可再生的空气颗粒净化装置，包括新风净化模块，新风净化横块主要由模块主管道14、排风管道15、第一旁通再生管道16、第二旁通再生管道17和控制单元12构成，其特征在于：模块主管道14内依次设有新风进口6，新风进风阀门1，新风过滤单元13，新风出风阀门2，新风出口7；排风管道15依次设有排风管进口9，排风阀5，排风管出口9；第一旁通再生管道16内设有再生进风阀3，第二旁通再生管道17设有再生出风阀4和再生用静电收尘单元11；第一旁通再生管道16的两端，其中一端连通于排风道15的排风管进口8与排风阀5之间位置处，另一端连通于模块主管道14的新风出风阀门2与新风过滤单元13之间的位置处；第二旁通再生管道17的两端，其中一端连通于排风道15的排风管出口9与排风阀5之间位置处，另一端连通于模块主管道14的新风进风阀门1与新风过滤单元13之间的位置处。进一步地，排风管道15或模块主管道14内设有再生用风机10，以加大风量。进一步地，还包括全热交换模块，全热交换模块的进口连接于新风出口7，全热交换模块的出口连接于排风管进口8。进一步地，控制单元12连接控制新风进风阀门1、新风出风阀门2、再生进风阀3、再生出风阀4、排风阀5的开启与关闭。进一步地，模块主管道14内设有颗粒传感器。进一步地，排风管道15内设有颗粒传感器。进一步地，颗粒传感器位于新风出口7或新风过滤单元13附近。进一步地，颗粒传感器位于排风管进口8或排风管出口9附近。
如图2，3，4所示，本发明的工作状态如下：工作状态主要由净化状态和再生状态构成。
净化状态
设备启动时默认处于净化状态，控制单元12控制进新风进风口阀门1和新风出风阀门2处于打开状态，控制再生进风阀3和再生出风阀4处于关闭状态，排风阀5处于打开状态。再生用风机10和再生用静电收尘单元11处于关闭状态。室外空气通过进风口阀门1处进入模块主管道14，然后通过新风过滤单元13过滤掉空气中的颗粒物，再由出风口阀门2进入到全热交换模块或空调系统。当进风口颗粒传感器和出风口颗粒传感器获得的空气中可吸入颗粒浓度数据差值持续小于设定值n0且时间处于设定时间段t1和t2之间时，控制单元12判断新风过滤单元13是否饱和，若饱和则进入再生状态。若不饱和由维持在净化状态。
再生状态
此时控制单元12控制新风进风阀门1和新风出风阀门2关闭，同时控制再生进风阀3和再生出风阀4打开，排风阀5关闭(或者开启一部分，具体开关量根据具体的空调系统的新风回风比例确定)，然后控制再生用风机10和再生用静电收尘单元11开始工作，引导排风管道15和第一、第二旁通管道16，17内的气流如图中虚线箭头流动，气流依次排风管进口8，再生用风机10，第一旁通管道16，新风过滤单元13，第二旁通管道17，再生用静电收尘单元11，排风管出口9。从而使新风过滤单元13中的颗粒物被反吹转移到再生用静电收尘单元11，最后被收集存储，达到新风过滤单元13的再生效果，控制单元12控制各个模块维持该状态持续一个设定时间t0后，控制单元12重新判断进风口颗粒传感传感器和出风口颗粒传感器的数据：1.当进风口颗粒传感器的数据值≤设定值n1时重新控制各个设备进入净化状态。2.当进风口颗粒传感器的数据值＞n1时，继续判断出风口颗粒传感器的数据值，如果该数据值＞设定值n2，自动控制单元向管理人员发送需要清洗静电除尘单元的报警信息，否则再持续再生状态t时间，然后循环往复。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可再生的空气颗粒净化装置，包括新风净化模块，新风净化横块主要由模块主管道(14)、排风管道(15)、第一旁通再生管道(16)、第二旁通再生管道(17)和控制单元(12)构成，其特征在于：模块主管道(14)内依次设有新风进口(6)，新风进风阀门(1)，新风过滤单元(13)，新风出风阀门(2)，新风出口(7)；排风管道(15)依次设有排风管进口(8)，排风阀(5)，排风管出口(9)；
第一旁通再生管道(16)内设有再生进风阀(3)，第二旁通再生管道(17)设有再生出风阀(4)和再生用静电收尘单元(11)；
第一旁通再生管道(16)的两端，其中一端连通于排风管道(15)的排风管进口(8)与排风阀(5)之间位置处，另一端连通于模块主管道(14)的新风出风阀门(2)与新风过滤单元(13)之间的位置处；
第二旁通再生管道(17)的两端，其中一端连通于排风管道(15)的排风管出口(9)与排风阀(5)之间位置处，另一端连通于模块主管道(14)的新风进风阀门(1)与新风过滤单元(13)之间的位置处。
2.根据权利要求1所述的可再生的空气颗粒净化装置，其特征在于：排风管道(15)内设有再生用风机(10)，以加大风量。
3.根据权利要求1或2所述的可再生的空气颗粒净化装置，其特征在于：还包括全热交换模块(18)，全热交换模块(18)的进口连接于新风出口(7)，全热交换模块(18)的出口连接于排风管进口(8)。
4.根据权利要求1或2所述的可再生的空气颗粒净化装置，其特征在于：控制单元(12)连接控制新风进风阀门(1)、新风出风阀门(2)、再生进风阀(3)、再生出风阀(4)、排风阀(5)的开启与关闭。
5.根据权利要求1或2所述的可再生的空气颗粒净化装置，其特征在于：模块主管道(14)内设有进风口颗粒传感器和出风口颗粒传感器。
6.根据权利要求1或2所述的可再生的空气颗粒净化装置，其特征在于：排风管道(15)内设有颗粒传感器。
7.根据权利要求6所述的可再生的空气颗粒净化装置，其特征在于：颗粒传感器位于排风管进口(8)或排风管出口(9)附近。
8.一种采用权利要求1-7中任一项所述 的空气颗粒净化装置的空气净化方法，包括净化状态和再生状态，净化状态实现空气的净化，再生状态实现新风过滤单元的自清洁。
9.根据权利要求8所述的空气净化方法，其特征在于：净化状态过程中，控制单元(12)控制进新风进风口阀门(1)和新风出风阀门(2)处于打开状态，控制再生进风阀(3)和再生出风阀(4) 处于关闭状态，排风阀(5)处于打开状态，再生用风机(10)和再生用静电收尘单元(11)处于关闭状态，室外空气通过进风口阀门(1)处进入模块主管道(14)，然后通过新风过滤单元(13)过滤掉空气中的颗粒物，再由出风口阀门(2)进入到全热交换模块(18)或空调系统，当进风口颗粒传感器和出风口颗粒传感器获得的空气中可吸入颗粒浓度数据差值持续小于设定值n0且时间处于设定时间段t1和t2之间时，控制单元(12)判断新风过滤单元(13)是否饱和，若饱和则进入再生状态，若不饱和则维持在净化状态。
10.根据权利要求8或9所述的空气净化方法，其特征在于：再生状态为，控制单元(12)控制新风进风阀门(1)和新风出风阀门(2)关闭，同时控制再生进风阀(3)和再生出风阀(4)打开，排风阀(5)关闭，然后控制再生用风机(10)和再生用静电收尘单元(11)开始工作，引导排风管道(15)和第一旁通管道(16)和第二旁通管道(17)内的气流流通，气流依次通过排风管进口(8)，再生用风机(10)，第一旁通管道(16)，新风过滤单元(13)，第二旁通管道(17)，再生用静电收尘单元(11)，排风管出口(9)，从而使新风过滤单元(13)中的颗粒物被反吹转移到再生用静电收尘单元(11)，最后被收集存储，达到新风过滤单元(13)的再生效果，控制单元(12)控制各个模块维持该状态持续一个设定时间t0后，控制单元(12)重新判断进风口颗粒传感传感器和出风口颗粒传感器的数据：
a.当进风口颗粒传感器的数据值≤设定值n1时，重新控制各个设备进入净化状态；
b.当进风口颗粒传感器的数据值＞n1时，继续判断出风口颗粒传感器的数据值，如果出风口颗粒传感器的数据值＞设定值n2，控制单元(12)自动向管理人员发送需要清洗静电除尘单元的报警信息，否则再持续再生状态t时间，然后循环往复。
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