CN106705261A - 一种基于双极荷电凝并的空气净化器 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种基于双极荷电凝并的空气净化器包括了出风格栅、风扇、光催化剂填料层、双极荷电凝并器、颗粒过滤器、外壳和底座。本发明的空气净化器通过双极荷电凝并器将吸入的两股空气中的颗粒分别荷上正、负电荷后混合，利用颗粒之间的库仑力凝并成较大颗粒，再被过滤网拦截，过滤后空气中的挥发性有机气体在催化剂和紫外光的作用下分解为无害物质。本发明的空气净化器具有颗粒拦截效率高、风阻小的特点，对空气中挥发性有机气体的分解效率也较高。
Description
技术领域
本发明涉及室内空气净化领域，尤其涉及一种基于双极荷电凝并的空气净化器。
背景技术
空气净化器在居家、医疗、工业领域均有应用，居家领域以单机类的家用空气净化器为市场的主流产品。最主要的功能是去除空气中的颗粒物，包括过敏原、室内的PM2.5等，同时还可以解决由于装修或者其他原因导致的室内、地下空间、车内挥发性有机物空气污染问题。由于相对封闭的空间中空气污染物的释放有持久性和不确定性的特点，因此使用空气净化器净化室内空气是国际公认的改善室内空气质量的方法之一。
根据空气净化器针对空气中颗粒物去除技术，主要有机械滤网式、静电驻极滤网式、高压静电集尘、负离子和等离子体法等，其中机械滤网式技术是去除室内空气颗粒物的常用技术，但在使用过程中存在以下问题：若使用的过滤网的网眼粗则过滤效果差，若使用的过滤网的网眼细过滤效果好但风阻高。若能在使用网眼较粗的过滤网时取得较好的过滤效果是目前室内空气净化器需要解决的一个关键性问题。
由于空气中PM2.5的粒径小，使用粗网眼过滤网的脱除效率相对较差，通过凝并（凝聚或团聚）的方法将小颗粒凝并成大颗粒，这样就可使用粗网眼过滤网脱除PM2.5等微小颗粒，而不过分增加风阻。目前颗粒凝并的方法包括声波凝并、电凝并、磁凝并、化学凝并、蒸汽相变凝并等技术，其中电凝并研究较为深入、应用前景较大。在电凝并技术中又以双极荷电凝并技术最具应用前景，其基本原理如附图1所示。双极荷电凝并装置是一段矩形的管道，该管道分为双极荷电段和凝并段两部分。双极荷电段是一组正、负电场作用的平行通道，含粉尘颗粒气通过此段时，按其通道的正负分别获得正电荷和负电荷，然后进入凝并段凝并；凝并段内设置扰流柱或者涡片（附图1是在垂直纸面方向设置了扰流柱），用于增强气流通过该段时的湍动程度，从而增加带电颗粒之间的碰撞概率、提高凝并效率。双极荷电凝并技术的基本机理是双极荷电颗粒在湍流作用下实现空间大尺度的输送和混合，在Kolmogorov尺度碰撞、凝并，而库伦力在短距离内对颗粒凝并起到促进作用。
将双极荷电凝并技术运用于室内空气净化器中，可以使用粗网眼的过滤网去除空气中PM2.5等微小颗粒而不过分增加风阻。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种基于双极荷电凝并的空气净化器，该净化器利用双极荷电凝并的原理将空气中的细小颗粒凝并成较大颗粒，从而在使用粗网眼的过滤网时仍具有较好的细小颗粒脱除效果。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种基于双极荷电凝并的空气净化器，其特征在于：所述的空气净化器由出风格栅1、风扇2、光催化剂填料层3、双极荷电凝并器4、颗粒过滤器5、外壳6和底座7组成；所述的外壳6为一下端面封闭上端面开口的圆筒，命名为外圆筒61，其直径为D cm，在外圆筒61的侧面对称地开有两个窗口，分别为第一窗口63A和第二窗口63B，在外圆筒61上部内侧距离窗口上沿5cm处，以外圆筒61的中心轴为对称轴，轴对称地设置有两个紫外灯，分别为第一紫外灯62A和第二紫外灯62B；所述的出风格栅1为一圆形格栅，其直径为D cm，安装在外圆筒61的上端面，并与该端面齐平，用于排出净化空气防止异物掉入空气净化气内部；所述的风扇2为一轴流风扇，风扇叶片的旋转面直径为0.9D cm，设置在外圆筒61的内部，扇面水平设置，距出风格栅10 cm；所述的光催化剂填料层3为一厚度为3 cm直径为D cm的多孔圆饼，水平设置在外圆筒61的上部位置，距风扇10cm；所述的双极荷电凝并器4，包括第一进风口41A、第二进风口41B、第一进风口格栅42A、第二进风口格栅42B、第一进风口高压导线43A、第二进风口高压导线43B和内圆筒44，内圆筒44的直径为0.5D cm高度为2D cm，内圆筒44的上端面封闭下端面开口，第一进风口41A为一矩形管道，该矩形管道的宽度为0.25D cm高度为D cm，在该矩形管道的内部垂直地设置有3条第一进风口高压导线43A，该矩形管道的一端与内圆筒44的上部相切并贯通，且该矩形管道的上面与内圆筒44的上端面齐平，该矩形管道的另一端与外壳6的第一窗口63A齐平并吻合，并在这一端设置有第一进风口格栅42A，第二进风口41B与第一进风口41A的结构相似，并以内圆筒44的中心轴为对称轴进行设置，第二进风口41B为一矩形管道，该矩形管道的宽度为0.25D cm高度为D cm，在该矩形管道的内部垂直地设置有3条第二进风口高压导线43B，该矩形管道的一端与内圆筒44的上部相切并贯通，且该矩形管道的上面与内圆筒44的上端面齐平，该矩形管道的另一端与外壳6的第二窗口63B齐平并吻合，并在这一端设置有第二进风口格栅42B；所述的颗粒过滤器5为外直径为0.5D cm高度为D cm的圆筒形滤网，颗粒过滤器5的下端面封闭，上端面开口，设置在外圆筒61的内部，颗粒过滤器5的中心轴与外圆筒61的中心轴重合，颗粒过滤器5的下端面与外圆筒61的下端面贴合，上端面与内圆筒44的下端面连接，此时内圆筒44的上端面距光催化剂填料层3为15 cm；所述的底座7为一底面封闭而顶面开口的圆台71，在圆台内部设置有电控单元72，圆台71的顶面直径为D cm；圆台71的底面直径为1.5D cm；
作为改进，所述的D为20~40。
作为改进，所述的第一进风口高压导线43A上加载有直流高压电，电压为+10~+15kV，第二进风口高压导线43B上加载有直流高压电，电压为-5~-10 kV。
作为改进，所述的光催化剂填料层3内填充的是活性炭-纳米二氧化钛复合催化剂。
作为改进，所述的第一紫外灯62A和第二紫外灯62B的光波波长均为254 nm。
本发明的空气进化器工作时，风扇2开启，其排风方向为垂直向上，空气从第一进风口41A和第二进风口41B吸入，空气中的颗粒在第一进风口41A内在第一进风口高压导线43A的作用下荷上正电荷，空气中的颗粒在第二进风口41B内在第一进风口高压导线43B的作用下荷上负电荷，上述两股空气进入内圆筒44后旋转向下，空气中的颗粒相互碰撞，荷异种电荷的颗粒在库仑力的作用下加速凝并成大颗粒，空气进入颗粒过滤器5的内部，后从过滤器5的圆筒形滤网向外穿出，而所夹带的大颗粒被截留，脱除颗粒后的空气从内圆筒44和外圆筒61所形成的圆筒状环隙空间向上运动，在外圆筒61内的上部被紫外线照射，空气中的挥发性有机物被激发后进入光催化剂填料层3内进行催化氧化成无害物质得到净化空气，净化空气最后经风扇2和出风格栅1排出。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过双极荷电凝并器将分别吸入的两股空气中的颗粒分别荷上正、负电荷后混合，利用颗粒之间的库仑力凝并成较大颗粒，再被过滤网拦截，过滤后空气中的挥发性有机气体在催化剂和紫外光的作用下，被分解为无害物质。本发明的空气净化器具有颗粒拦截效率高、风阻小的特点，对空气中挥发性有机气体的分解效率也较高。
附图说明
图1是双极荷电凝并技术的原理示意图。
图2是本发明的一种基于双极荷电凝并的空气净化器的立体透视示意图。
图3是本发明的一种基于双极荷电凝并的空气净化器的分解结构示意图。
图4是本发明的一种基于双极荷电凝并的空气净化器的双极荷电凝并器的立体透视示意图。
图5是本发明的一种基于双极荷电凝并的空气净化器的外壳的立体透视示意图。
图6是本发明的一种基于双极荷电凝并的空气净化器的底座的立体透视示意图。
其中：1为出风格栅，2为风扇，3为光催化剂填料层，4为双极荷电凝并器，5为颗粒过滤器，6为外壳，7为底座，41A为第一进风口，41B为第二进风口，42A为第一进风口格栅，42B为第二进风口格栅，43A为第一进风口高压导线，43B为第二进风口高压导线，44为内圆筒，61为外圆筒，62A为第一紫外灯，62B为第二紫外灯，63A为第一窗口，63B为第二窗口，71为圆台，72为电控单元。
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2、附图3、附图4、图5和附图6，通过实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种基于双极荷电凝并的空气净化器由出风格栅1、风扇2、光催化剂填料层3、双极荷电凝并器4、颗粒过滤器5、外壳6和底座7组成；外壳6为一下端面封闭上端面开口的圆筒，命名为外圆筒61，其直径为D cm，D=30 cm（本实施例中D均为30 cm），在外圆筒61的侧面对称地开有两个窗口，分别为第一窗口63A和第二窗口63B，在外圆筒61上部内侧距离窗口上沿5cm处，以外圆筒61的中心轴为对称轴，轴对称地设置有两个紫外灯，分别为第一紫外灯62A和第二紫外灯62B；出风格栅1为一圆形格栅，其直径为D cm，安装在外圆筒61的上端面，并与该端面齐平，用于排出净化空气防止异物掉入空气净化气内部；所述的风扇2为一轴流风扇，风扇叶片的旋转面直径为0.9D cm，设置在外圆筒61的内部，扇面水平设置，距出风格栅10 cm；光催化剂填料层3为一厚度为3 cm直径为D cm的多孔圆饼，水平设置在外圆筒61的上部位置，距风扇10 cm；双极荷电凝并器4，包括第一进风口41A、第二进风口41B、第一进风口格栅42A、第二进风口格栅42B、第一进风口高压导线43A、第二进风口高压导线43B和内圆筒44，内圆筒44的直径为0.5D cm高度为2D cm，内圆筒44的上端面封闭下端面开口，第一进风口41A为一矩形管道，该矩形管道的宽度为0.25D cm高度为D cm，在该矩形管道的内部垂直地设置有3条第一进风口高压导线43A，该矩形管道的一端与内圆筒44的上部相切并贯通，且该矩形管道的上面与内圆筒44的上端面齐平，该矩形管道的另一端与外壳6的第一窗口63A齐平并吻合，并在这一端设置有第一进风口格栅42A，第二进风口41B与第一进风口41A的结构相似，并以内圆筒44的中心轴为对称轴进行设置，第二进风口41B为一矩形管道，该矩形管道的宽度为0.25D cm高度为D cm，在该矩形管道的内部垂直地设置有3条第二进风口高压导线43B，该矩形管道的一端与内圆筒44的上部相切并贯通，且该矩形管道的上面与内圆筒44的上端面齐平，该矩形管道的另一端与外壳6的第二窗口63B齐平并吻合，并在这一端设置有第二进风口格栅42B；颗粒过滤器5为外直径为0.5D cm高度为D cm的圆筒形滤网，颗粒过滤器5的下端面封闭，上端面开口，设置在外圆筒61的内部，颗粒过滤器5的中心轴与外圆筒61的中心轴重合，颗粒过滤器5的下端面与外圆筒61的下端面贴合，上端面与内圆筒44的下端面连接，此时内圆筒44的上端面距光催化剂填料层3为15 cm；底座7为一底面封闭而顶面开口的圆台71，在圆台内部设置有电控单元72，圆台71的顶面直径为D cm；圆台71的底面直径为1.5D cm；第一进风口高压导线43A上加载有直流高压电，电压为+10 kV，第二进风口高压导线43B上加载有直流高压电，电压为-5 kV。光催化剂填料层3内填充的是活性炭-纳米二氧化钛复合催化剂。第一紫外灯62A和第二紫外灯62B的光波波长均为254nm。
实施例2
一种基于双极荷电凝并的空气净化器由出风格栅1、风扇2、光催化剂填料层3、双极荷电凝并器4、颗粒过滤器5、外壳6和底座7组成；外壳6为一下端面封闭上端面开口的圆筒，命名为外圆筒61，其直径为D cm，D=20 cm（本实施例中D均为20 cm），在外圆筒61的侧面对称地开有两个窗口，分别为第一窗口63A和第二窗口63B，在外圆筒61上部内侧距离窗口上沿5cm处，以外圆筒61的中心轴为对称轴，轴对称地设置有两个紫外灯，分别为第一紫外灯62A和第二紫外灯62B；出风格栅1为一圆形格栅，其直径为D cm，安装在外圆筒61的上端面，并与该端面齐平，用于排出净化空气防止异物掉入空气净化气内部；所述的风扇2为一轴流风扇，风扇叶片的旋转面直径为0.9D cm，设置在外圆筒61的内部，扇面水平设置，距出风格栅10 cm；光催化剂填料层3为一厚度为3 cm直径为D cm的多孔圆饼，水平设置在外圆筒61的上部位置，距风扇10 cm；双极荷电凝并器4，包括第一进风口41A、第二进风口41B、第一进风口格栅42A、第二进风口格栅42B、第一进风口高压导线43A、第二进风口高压导线43B和内圆筒44，内圆筒44的直径为0.5D cm高度为2D cm，内圆筒44的上端面封闭下端面开口，第一进风口41A为一矩形管道，该矩形管道的宽度为0.25D cm高度为D cm，在该矩形管道的内部垂直地设置有3条第一进风口高压导线43A，该矩形管道的一端与内圆筒44的上部相切并贯通，且该矩形管道的上面与内圆筒44的上端面齐平，该矩形管道的另一端与外壳6的第一窗口63A齐平并吻合，并在这一端设置有第一进风口格栅42A，第二进风口41B与第一进风口41A的结构相似，并以内圆筒44的中心轴为对称轴进行设置，第二进风口41B为一矩形管道，该矩形管道的宽度为0.25D cm高度为D cm，在该矩形管道的内部垂直地设置有3条第二进风口高压导线43B，该矩形管道的一端与内圆筒44的上部相切并贯通，且该矩形管道的上面与内圆筒44的上端面齐平，该矩形管道的另一端与外壳6的第二窗口63B齐平并吻合，并在这一端设置有第二进风口格栅42B；颗粒过滤器5为外直径为0.5D cm高度为D cm的圆筒形滤网，颗粒过滤器5的下端面封闭，上端面开口，设置在外圆筒61的内部，颗粒过滤器5的中心轴与外圆筒61的中心轴重合，颗粒过滤器5的下端面与外圆筒61的下端面贴合，上端面与内圆筒44的下端面连接，此时内圆筒44的上端面距光催化剂填料层3为15 cm；底座7为一底面封闭而顶面开口的圆台71，在圆台内部设置有电控单元72，圆台71的顶面直径为D cm；圆台71的底面直径为1.5D cm；第一进风口高压导线43A上加载有直流高压电，电压为+15 kV，第二进风口高压导线43B上加载有直流高压电，电压为-10 kV。光催化剂填料层3内填充的是活性炭-纳米二氧化钛复合催化剂。第一紫外灯62A和第二紫外灯62B的光波波长均为254nm。
实施例3
一种基于双极荷电凝并的空气净化器由出风格栅1、风扇2、光催化剂填料层3、双极荷电凝并器4、颗粒过滤器5、外壳6和底座7组成；外壳6为一下端面封闭上端面开口的圆筒，命名为外圆筒61，其直径为D cm，D=40 cm（本实施例中D均为40 cm），在外圆筒61的侧面对称地开有两个窗口，分别为第一窗口63A和第二窗口63B，在外圆筒61上部内侧距离窗口上沿5cm处，以外圆筒61的中心轴为对称轴，轴对称地设置有两个紫外灯，分别为第一紫外灯62A和第二紫外灯62B；出风格栅1为一圆形格栅，其直径为D cm，安装在外圆筒61的上端面，并与该端面齐平，用于排出净化空气防止异物掉入空气净化气内部；所述的风扇2为一轴流风扇，风扇叶片的旋转面直径为0.9D cm，设置在外圆筒61的内部，扇面水平设置，距出风格栅10 cm；光催化剂填料层3为一厚度为3 cm直径为D cm的多孔圆饼，水平设置在外圆筒61的上部位置，距风扇10 cm；双极荷电凝并器4，包括第一进风口41A、第二进风口41B、第一进风口格栅42A、第二进风口格栅42B、第一进风口高压导线43A、第二进风口高压导线43B和内圆筒44，内圆筒44的直径为0.5D cm高度为2D cm，内圆筒44的上端面封闭下端面开口，第一进风口41A为一矩形管道，该矩形管道的宽度为0.25D cm高度为D cm，在该矩形管道的内部垂直地设置有3条第一进风口高压导线43A，该矩形管道的一端与内圆筒44的上部相切并贯通，且该矩形管道的上面与内圆筒44的上端面齐平，该矩形管道的另一端与外壳6的第一窗口63A齐平并吻合，并在这一端设置有第一进风口格栅42A，第二进风口41B与第一进风口41A的结构相似，并以内圆筒44的中心轴为对称轴进行设置，第二进风口41B为一矩形管道，该矩形管道的宽度为0.25D cm高度为D cm，在该矩形管道的内部垂直地设置有3条第二进风口高压导线43B，该矩形管道的一端与内圆筒44的上部相切并贯通，且该矩形管道的上面与内圆筒44的上端面齐平，该矩形管道的另一端与外壳6的第二窗口63B齐平并吻合，并在这一端设置有第二进风口格栅42B；颗粒过滤器5为外直径为0.5D cm高度为D cm的圆筒形滤网，颗粒过滤器5的下端面封闭，上端面开口，设置在外圆筒61的内部，颗粒过滤器5的中心轴与外圆筒61的中心轴重合，颗粒过滤器5的下端面与外圆筒61的下端面贴合，上端面与内圆筒44的下端面连接，此时内圆筒44的上端面距光催化剂填料层3为15 cm；底座7为一底面封闭而顶面开口的圆台71，在圆台内部设置有电控单元72，圆台71的顶面直径为D cm；圆台71的底面直径为1.5D cm；第一进风口高压导线43A上加载有直流高压电，电压为+12 kV，第二进风口高压导线43B上加载有直流高压电，电压为-8 kV。光催化剂填料层3内填充的是活性炭-纳米二氧化钛复合催化剂。第一紫外灯62A和第二紫外灯62B的光波波长均为254nm。
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 (5)
1.一种基于双极荷电凝并的空气净化器，其特征在于：所述的空气净化器由出风格栅、风扇、光催化剂填料层、双极荷电凝并器、颗粒过滤器、外壳和底座组成；
所述的外壳为一下端面封闭上端面开口的圆筒，该圆筒命名为外圆筒，其直径为D cm，在外圆筒的侧面对称地开有两个窗口，分别为第一窗口和第二窗口，在外圆筒上部内侧距离窗口上沿5 cm处，以外圆筒的中心轴为对称轴，轴对称地设置有两个紫外灯，分别为第一紫外灯和第二紫外灯；
所述的出风格栅为一圆形格栅，其直径为D cm，安装在外圆筒的上端面，并与该端面齐平，用于排出净化空气防止异物掉入空气净化气内部；
所述的风扇为一轴流风扇，风扇叶片的旋转面直径为0.9D cm，设置在外圆筒的内部，扇面水平设置，距出风格栅10 cm；
所述的光催化剂填料层为一厚度为3 cm直径为D cm的多孔圆饼，水平设置在外圆筒的上部位置，距风扇10 cm；
所述的双极荷电凝并器，包括第一进风口、第二进风口、第一进风口格栅、第二进风口格栅、第一进风口高压导线、第二进风口高压导线和内圆筒，内圆筒的直径为0.5D cm高度为2D cm，内圆筒的上端面封闭下端面开口，第一进风口为一矩形管道，该矩形管道的宽度为0.25D cm高度为D cm，在该矩形管道的内部垂直地设置有3条第一进风口高压导线，该矩形管道的一端与内圆筒的上部相切并贯通，且该矩形管道的上面与内圆筒的上端面齐平，该矩形管道的另一端与外壳的第一窗口齐平并吻合，并在这一端设置有第一进风口格栅，第二进风口与第一进风口的结构相似，并以内圆筒的中心轴为对称轴进行设置，第二进风口为一矩形管道，该矩形管道的宽度为0.25D cm高度为D cm，在该矩形管道的内部垂直地设置有3条第二进风口高压导线，该矩形管道的一端与内圆筒的上部相切并贯通，且该矩形管道的上面与内圆筒的上端面齐平，该矩形管道的另一端与外壳的第二窗口齐平并吻合，并在这一端设置有第二进风口格栅；
所述的颗粒过滤器为外直径为0.5D cm高度为D cm的圆筒形滤网，颗粒过滤器的下端面封闭，上端面开口，设置在外圆筒的内部，颗粒过滤器的中心轴与外圆筒的中心轴重合，颗粒过滤器的下端面与外圆筒的下端面贴合，上端面与内圆筒的下端面连接，此时内圆筒的上端面距光催化剂填料层为15 cm；
所述的底座为一底面封闭而顶面开口的圆台，在圆台内部设置有电控单元，圆台的顶面直径为D cm；圆台的底面直径为1.5D cm。
2.根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：所述的D为20~40。
3.根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：所述的第一进风口高压导线上加载有直流高压电，电压为+10~+15 kV，第二进风口高压导线上加载有直流高压电，电压为-5~-10 kV。
4.根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：所述的光催化剂填料层内填充的是活性炭-纳米二氧化钛复合催化剂。
5.根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：所述的第一紫外灯和第二紫外灯的光波波长均为254 nm。
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