CN105772221B - 一种多功能空气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多功能空气净化装置，该装置包括空气电离部分(5)、强平行电场集尘部分和光催化有机污染物分解部分，所述的空气电离部分(5)由电晕极(2)和带孔道金属板(1)构成，所述的电晕极(2)放置于带孔道金属板(1)的正中间；所述的强平行电场集尘部分为波纹铝板电极(4)与中空塑料板(6)交替排布构成的强平行电场；所述的光催化有机污染物分解部分通过在强平行电场集尘部分的波纹铝板电极(4)上热喷涂光触媒材料制成。与现有技术相比，本发明能够有效实现对粉尘污染物尤其是对PM2.5的吸附；可在紫外灯甚至可见光灯照射之下分解如甲醛等有机污染物以及杀灭多种有害细菌，并能够起到除臭效果。

Description

一种多功能空气净化装置
技术领域
本发明涉及一种多功能空气净化装置，能够有效实现对粉尘尤其是PM2.5的吸附；引入光催化有机污染物分解部分后能够有效实现对甲醛等有机污染物的分解；能够杀灭多种细菌。
背景技术
静电除尘技术在工业生产和日常生活中作为一种成熟且主流的空气净化技术受到人们的青睐。一大批应用了静电除尘技术或相关改进技术的空气净化器受到广大消费者的关注。但是，传统静电除尘技术本身的设计缺陷，制约了其在实际使用中的效果。
传统静电除尘装置的电晕极是简单的金属导线或者金属针，它们或被悬空放置于空气通道内，或者沿着空气流动方向放置。由于电晕极在接入高压时会使周围气体分子电离，形成一个电晕区，在电晕区内存在正电离子，若粉尘与这部分离子碰撞并荷电，将会导致粉尘吸附到电晕极上，会导致电晕极电离效果减弱，影响粉尘的荷电及去除；另外一方面，简单的电晕极设计和排布，会降低负离子与粉尘有效碰撞和荷电概率，从而影响电场去除粉尘的效果，降低了静电除尘的效率，增加电能的消耗。
而从集尘部分看，传统的静电除尘设备仅仅能够物理吸附空气中荷电的粉尘、纤维等污染物，并不能够吸附和分解电中性的甲醛有机污染物分子，杀菌消毒效果也很差。所以要达成以上效果往往需要引入多个工作模块来实现分解有机污染及杀菌消毒的功能，这既使得整个设备的体积增大不便于诸如汽车内部这类狭窄场所使用，也大大地增加了整个设备的生产成本。
另外传统的集尘部分的集尘电极往往用普通金属或者碳材料制成，前者制成的电极在高电压条件下可能会有击穿的危险，而后者在成型制造上成本更高，而且碳材料维护起来并不方便，不能做到经过水洗、吹干、晾晒等简单维护后循环使用。
可见亟待设计和制造一种解决以上缺陷的空气净化装置，来真正满足人们迫切的空气净化需求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现了:空气电离部分更高的粉尘荷电效率，显著降低了粉尘粘附电晕极的可能；强平行电场集尘部分集收集荷电粉尘、分解有机污染物、杀灭细菌三种功能于一身，在弥补静电除尘技术对有机污染物吸附能力差的缺陷的同时并不增加装置体积和制造成本的多功能空气净化装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种多功能空气净化装置，其特征在于，该装置包括空气电离部分、强平行电场集尘部分和光催化有机污染物分解部分，所述的空气电离部分由电晕极和带孔道金属板构成，所述的电晕极放置于带孔道金属板的正中间；所述的强平行电场集尘部分为波纹铝板电极与中空塑料板交替排布构成的强平行电场，来实现集尘功能，能够有效实现对粉尘尤其是PM2.5的吸附；所述的光催化有机污染物分解部分通过在强平行电场集尘部分的波纹铝板电极上热喷涂光触媒材料制成，可在紫外灯甚至可见光灯照射之下分解如甲醛等有机污染物以及杀灭多种有害细菌，并能够起到除臭效果。
所述的电晕极是前端带整流罩的布满针刺的细导体棒。针刺的尺寸小于整流罩尺寸，针刺的存在增加了侧前方负离子浓度及运动速度，增加了负离子与粉尘颗粒碰撞几率，从而增加粉尘荷电的效率。针刺的形状尺寸及材料都以增加负离子生成效率为原则，优选细长尖针形及易产生电晕电流的材料。整个电离平面内存可以存在多个电晕极及与其对应的金属板孔道、整流罩等，多个电晕极一起工作提高了单位时间内处理空气的量，提高了集尘速度。多个电晕极在同一平面上，它们的相互间距在5cm-21cm之间。
所述的电晕极前端的整流罩呈锥状，锥状整流罩的直径需大于电晕极电晕区的范围为1-10mm；整流罩自然地将气流引导开，避开了电晕极电晕区，从而尽量减少粉尘与正电离子接触并吸附在电晕极上。整流罩的外形设计需减少气流的紊乱，并且尺寸不能过大。所述的电晕极上的针刺是细针或细棒，一系列导体针刺形成毛刷状阵列。
所述的锥状整流罩位于带孔道金属板的孔道平面的中央，使得气体一进入孔道就受到整流罩的分流避开了电晕区的正电离子，带孔道金属板的孔道直径为2-10cm，使空气定向聚集到电晕极负离子浓度最高，碰撞最激烈的区域。
所述的强平行电场集尘部分以波纹铝板作为电极板，以中空塑料板作为气流通道，多块波纹铝板与多块中空塑料板相互平行交替排布，电极板通高压电后构成的平行强电场集尘，实现对空气中的粉尘尤其是PM2.5的吸附。
本发明中的集尘部分，其基本原理与传统静电集尘技术类似，仍旧采用传统的平板强电场引导荷电粉尘向集尘板运动，并被集尘板捕获。但与传统的静电除尘集尘部分不同，本发明采用多块波纹铝板做为集尘电极板，多块中空塑料板提供气流通道相互交替排布，电极通高压电后构成强平行电场集尘。波纹铝板自身作为电极存在，材料强度足够，而且电极材料制作成本低廉结构简单，水洗吹干等简单维护就能使集尘部分重复使用。
所述的光催化有机污染物分解部分为热喷涂在波纹铝板电极上的光触媒涂层，该光触媒涂层材料包括二氧化钛纳米颗粒或钒酸铋纳米颗粒，在紫外光甚至可见光照射下能够有效的分解有机污染物，并能够有效杀灭细菌。
所述的热喷涂是将波纹铝板电极加热到500-550℃后进行喷涂，喷涂区域包括波纹铝板电极的正面、背面和内部孔道，所述的波纹铝板电极的孔道内壁光滑便于光的入射和反射。热喷涂在波纹铝板电极正面及背面的二氧化钛纳米颗粒或钒酸铋纳米颗粒又能在这些位置起到绝缘作用防止发生边缘放电和击穿。而在这里所述的电极并非传统电极薄薄的一层，而是具有合适厚度的多孔块体电极，整个装置因为波纹铝板电极的多功能化而体积大大减小，可以应用在汽车等狭小空间。
另一种技术方案：
一种多功能空气净化装置，其特征在于，该装置包括空气电离部分、强平行电场集尘部分，所述的空气电离部分由电晕极和带孔道金属板构成，所述的电晕极放置于带孔道金属板的正中间；所述的强平行电场集尘部分为波纹铝板电极与中空塑料板交替排布构成的强平行电场。整个装置除了不具备光催化有机污染物分解部分的功能之外，与上述空气净化设备完全一致。
与现有技术相比，本发明通过一系列针对传统静电除尘装置设计缺陷的改进，实现了:空气电离部分更高的粉尘荷电效率，显著降低了粉尘粘附电晕极的可能；强平行电场集尘部分集收集荷电粉尘、分解有机污染物、杀灭细菌三种功能于一身，在弥补静电除尘技术对有机污染物吸附能力差的缺陷的同时并不增加装置体积和制造成本。
附图说明
图1是多功能空气净化装置的架构示意图；
图2是集尘部分正视图；
图3是电晕极示意图；
图4为另一种电晕极示意图；
其中，1为带孔道金属板，2为电晕极，3为强平行电场集尘部分和光催化有机污染物分解部分，4为波纹铝板电极，5为空气电离部分，6为中空塑料板，7光触媒涂层。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种多功能空气净化装置，该装置包括空气电离部分(5)、强平行电场集尘部分和光催化有机污染物分解部分，
所述的空气电离部分(5)由电晕极(2)和带孔道金属板(1)构成，所述的电晕极(2)放置于带孔道金属板(1)的正中间；所述的电离部分5由电晕极2和带孔道金属板1构成，所述的电晕极2放置于带孔道金属板1的正中间；所述的电晕极2是前端带整流罩的布满针刺的细导体棒，电晕极2前端的整流罩呈锥状，锥状整流罩的直径为1-10mm；锥状整流罩位于带孔道金属板1的孔道平面的中央，带孔道金属板1的孔道直径为2-10cm。电晕极2上的针刺是细针或细棒，细针或细棒可以垂直于细导体棒(如图3所示)，也可以与细导体棒之间呈一定角度设置(如图4所示)，一系列导体针刺形成毛刷状阵列。
所述的电晕极2可设置多个，可以根据空气净化装置的大小进行选择设置电晕极的数量，一般为2-10个，多个电晕极在同一平面上间隔5-21cm工作。
所述的强平行电场集尘部分为波纹铝板电极4与中空塑料板6交替排布构成的强平行电场；(如图2所示)；以波纹铝板作为电极板，以中空塑料板作为气流通道，多块波纹铝板与多块中空塑料板相互平行交替排布，电极板通高压电后构成的平行强电场集尘，实现对空气中的粉尘尤其是PM2.5的吸附。
所述的光催化有机污染物分解部分通过在强平行电场集尘部分的波纹铝板电极4上热喷涂光触媒材料制成，该光触媒涂层7材料包括二氧化钛纳米颗粒或钒酸铋纳米颗粒。所述的热喷涂是将波纹铝板电极4加热到500-550℃后进行喷涂，喷涂区域包括波纹铝板电极4的正面、背面和内部孔道(波纹铝板为多孔块体，因此存在内部孔道)，所述的波纹铝板电极4的孔道内壁光滑便于光的入射和反射。
应用上述多功能空气净化装置的具体实例如下：
实施例1
在20m3房间内，空气中有机污染物主要为微量的甲醛(0.06mg/m3)可引起小儿呼吸道不适；PM 2.5含量为0.04mg/m3，存在一定量的可吸入颗粒物。打开静电除尘装置，含尘含甲醛的空气随抽风机气流进入静电除尘装置，受到金属板孔道和电晕极整流罩的引导，气流汇聚于电晕极附近2-10cm的范围内而粉尘颗粒又不会吸附到电晕极上。电晕极侧面布满针刺的细导体棒两侧空间内，由于空气在针刺尖端方向更容易电离，负离子在电晕极两侧浓度更高运动速度更快。而采取正对气流的布局方式，提高了粉尘与负电离子的碰撞荷电概率，提高了粉尘荷电效率。多个电晕极在相互间隔5cm的优选距离上协同工作，能够有效的处理大流量的含尘空气，提高空气流速。荷电后的粉尘进入强平行电场集尘部分，受到上下平板强电场的库仑力作用，荷电粉尘向正极板偏转并被正极板捕获。而热喷涂有二氧化钛纳米颗粒、受到紫外光照射的波纹铝板构成的电极板能在集尘的同时分解甲醛等有机污染物，并杀灭细菌。经检测，静电除尘装置工作1h之后，空气中的甲醛含量减少92％，PM2.5含量减少97％。
实施例2
狭小汽车内部，尤其是开窗并经过烈日曝晒，甲醛等有机污染物及粉尘含量大大增加。经检测甲醛含量为(0.12mg/m3)大大超出国家标准，而PM 2.5含量也在0.11mg/m3以上。这些有机污染物及粉尘在汽车内部，受到通风条件的限制久久不能散去。但是普通家用汽车内空间狭小，不适合普通的家用空气净化器使用。本发明可以放置在家用汽车手刹器后部或者后排座椅后部，不占用有限的乘坐空间，不影响驾驶员的视野和操作。含尘含甲醛的空气随抽风机气流进入静电除尘装置，受到金属板孔道和电晕极整流罩的引导，气流汇聚于电晕极附近2-10cm的范围内而粉尘颗粒又不会吸附到电晕极上。电晕极侧面布满针刺的细导体棒两侧空间内，由于空气在针刺尖端方向更容易电离，负离子在电晕极两侧浓度更高运动速度更快。而采取正对气流的布局方式，提高了粉尘与负电离子的碰撞荷电概率，提高了粉尘荷电效率。多个电晕极在相互间隔5cm的优选距离上协同工作，能够有效的处理大流量的含尘空气。荷电后的粉尘进入强平行电场集尘部分，受到上下平板强电场的库仑力作用，荷电粉尘向正极板偏转并被正极板捕获。而热喷涂有有钒酸铋纳米颗粒、受到紫外光照射的波纹铝板电极板能在集尘的同时分解甲醛等有机污染物，并杀灭细菌。经检测，在汽车关窗并持续曝晒的情况下空气净化器工作1h之后，甲醛等有机污染物含量下降接近90％，PM 2.5含量下降97％。
实施例3
一种多功能空气净化装置，该装置包括空气电离部分、强平行电场集尘部分，所述的空气电离部分由电晕极和带孔道金属板构成，所述的电晕极放置于带孔道金属板的正中间；所述的强平行电场集尘部分为波纹铝板电极与中空塑料板交替排布构成的强平行电场。整个装置除了不具备光催化有机污染物分解部分的功能之外，与上述空气净化设备完全一致。

Claims (5)

1.一种多功能空气净化装置，其特征在于，该装置包括空气电离部分(5)、强平行电场集尘部分和光催化有机污染物分解部分，所述的空气电离部分(5)由电晕极(2)和带孔道金属板(1)构成，所述的电晕极(2)放置于带孔道金属板(1)的正中间；所述的强平行电场集尘部分为波纹铝板电极(4)与中空塑料板(6)交替排布构成的强平行电场；所述的光催化有机污染物分解部分通过在强平行电场集尘部分的波纹铝板电极(4)上热喷涂光触媒材料制成；
所述的强平行电场集尘部分以波纹铝板作为电极板，以中空塑料板作为气流通道，多块波纹铝板与多块中空塑料板相互平行交替排布，电极板通高压电后构成的平行强电场集尘，实现对空气中的粉尘尤其是PM2.5的吸附；
所述的电晕极(2)是前端带整流罩的布满针刺的细导体棒；
所述的电晕极(2)前端的整流罩呈锥状，锥状整流罩的直径为1-10mm；所述的电晕极(2)上的针刺是细针或细棒，一系列导体针刺形成毛刷状阵列。
2.根据权利要求1所述的一种多功能空气净化装置，其特征在于，所述的锥状整流罩位于带孔道金属板(1)的孔道平面的中央，带孔道金属板(1)的孔道直径为2-10cm。
3.根据权利要求1或2所述的一种多功能空气净化装置，其特征在于，所述的电晕极(2)有多个，并在同一平面上间隔5cm-21cm。
4.根据权利要求1所述的一种多功能空气净化装置，其特征在于，所述的光催化有机污染物分解部分为热喷涂在波纹铝板电极(4)上的光触媒涂层，该光触媒涂层材料包括二氧化钛纳米颗粒或钒酸铋纳米颗粒。
5.根据权利要求4所述的一种多功能空气净化装置，其特征在于，所述的热喷涂是将波纹铝板电极(4)加热到500-550℃后进行喷涂，喷涂区域包括波纹铝板电极(4)的正面、背面和内部孔道，所述的波纹铝板电极(4)的孔道内壁光滑便于光的入射和反射。
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