CN106765583A - 空气净化装置及净化空气的方法 - Google Patents

Abstract

一种结构简单可有效去除空气中PM2.5颗粒物及其他有机污染物的空气净化装置及净化空气的方法。包括滤网和供水箱，供水箱通过搭接在水与滤网之间的毛细吸水布采用毛细虹吸方法为该滤网提供恒量的水，滤网的网孔的大小与毛细吸水布提供的水在该网孔上形成水膜状态匹配。其利用便宜易得的水作为空气污染物承载介质，在滤网的网孔上形成水膜，再利用水膜爆破过程的吸附作用，实现对极小固体颗粒物(0.01‑10μm)、甲醛、苯、氨等有机物的吸附。其可完全替代现有技术中的几种室内空气净化器，去除雾霾效率高，可应用于给通风、洁净吸尘器、工业洁净室前端过滤、空调风扇、空调自净网、废气处理、微米级尺寸微粉加工收集等净化装置中。

Description

空气净化装置及净化空气的方法

技术领域

本发明涉及一种空气净化器及净化空气的方法，特别涉及一种可以去除空气中PM2.5以下颗粒物的空气净化装置及净化空气的方法。

背景技术

已知的室内空气净化技术有以下几种：

1)滤网式空气净化

采用HEPA等滤网物理隔离空气中固体颗粒。

优点：直观高效。

缺点：滤网堵塞后清洁效率降低并带来二次污染，使用一定时间后需要更换滤网，增加后期使用成本；对甲醛等有机污染物吸收能力较差，需要采用活性炭等附加滤网来消除甲醛等有机污染物；滤网难以隔离小于0.3μm的固体颗粒，而病毒病理研究表明，恰恰小于0.3μm的固体颗粒才对人体健康影响最大。

2)静电式空气净化

采用高压电场使得污染颗粒带负电荷，在流经阳极板时污染颗粒及甲醛等污染物粘附在阳极板上。

优点：不需要更换滤网。

缺点：高压静电场会产生对人体有害的臭氧，而且阳极板需要定时清理，清理前随着粘附物的增多清洁性能下降并带来二次污染。

3)离子式空气净化

采用负离子发生器产生游离负离子，负离子粘附在颗粒污染物上使得污染物团聚沉降。

优点：不需要更换滤网而且具有一定的消毒作用。

缺点：沉降物也需要定期清理，清理前因为沉降物增多会带来二次污染。

4)利用廉价易得的水作为吸附空气污染物的介质，例如，目前市场上形成的产品主要有水流式(清水以水帘的方式由上至下倾泄，其中的清水为束流)、鼠笼式和湿帘式的净化空气装置。用水吸附污染物一直是人们期望实现的方法，测试表明，水可以吸附纳米级固体颗粒。

优点：廉价、取材方便和净化装置结构简单。

水流式净化装置的缺点：用水量大和水流噪音大，易导致周围环境湿度大，吸附效率低。

鼠笼式净化装置的缺点：只是加湿机而几乎没有空气清洁作用。

湿帘式净化装置的缺点：因为采用的是水表面吸附的原理，吸附效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单可有效去除空气中PM2.5颗粒物及其他有机污染物的空气净化装置及净化空气的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明的空气净化装置，包括置于风口处且由金属、棉或化纤材质编织的滤网和向该滤网提供水的供水箱，其特征在于：所述水为清水或者在清水中添加有增强或降低水的表面张力的溶剂的水溶液，所述供水箱通过搭接在所述水与滤网之间的毛细吸水布采用毛细虹吸方法为该滤网提供恒量的所述的水，所述滤网的网孔的大小与所述毛细吸水布提供的所述水在该网孔上形成水膜状态匹配。

在所述水箱中设有水位监测装置和柱形的浮筒，所述毛细吸水布的内侧部搭接在浮筒上并延伸至水中，毛细吸水布的外侧部通过缝制或铆接方式固接在所述滤网的上部；浮筒的顶部高度不低于所述毛细吸水布上穿越水箱侧壁时的部分的高度。

水箱侧壁上涂有疏水性物质。

所述滤网的网孔在20-80目。

所述滤网为多层结构，层间设有具有防水透气性能的隔离物。

所述浮筒为金属或塑料所制的密闭空心筒或轻质发泡材料，在其表面涂有疏水性涂层。

所述滤网可为垂直平面设置，或者为倾斜平面设置，或者为具有设定曲率的弯曲面设置。

在位于所述滤网侧的水箱侧壁上设有窗孔，所述毛细吸水布的外侧部穿过该窗孔与所述的滤网连接。

本发明的净化空气的方法，其采用以下步骤：

1)将清水或者添加可提高或降低水的表面张力的溶剂的水溶液以连续、定量、均匀方式通过毛细吸水布提供给由金属、棉或化纤材质编织的滤网；

2)使注入滤网的清水或水溶液在滤网的网孔上形成均匀且厚度低至5微米的水膜；

3)待滤空气经风机以大于40帕的风压吹向滤网，适配的空气风压使网孔上的水膜吹裂爆破；

4)破裂的水膜形成若干小水泡或小水滴，小水泡继续爆裂形成小水滴，小水泡爆裂过程使其附近空气压强突然增大并形成局部空气紊流；

5)在空气紊流的作用下，众多的小水滴将其周围的包含固体颗粒、甲醛、苯、烟尘或其它有害气体基团在内的细颗粒的污染物粘附、包覆或溶解；

6)吸附有污染物的小水滴在碰撞过程中积聚并在重力的作用下沿滤网的纤维向下流动并排入位于滤网下方的废水收集过滤系统。

所述净化空气的方法中，所述小水泡的外径尺寸在5-20微米；所述小水滴的外径尺寸在0.5-5微米；所述细颗粒的污染物是指环境空气中空气动力学当量直径0.01-10微米的颗粒物。

本发明利用便宜易得的水作为空气污染物承载介质，在滤网的网孔上形成水膜，再利用水膜爆破过程的吸附作用，实现对极小固体颗粒物(0.01-10μm)、甲醛、苯、氨等有机物的吸附。其可以完全替代现有技术中的几种室内空气净化器，不仅去除雾霾效率高，而且可以有效消除甲醛、苯、TVOC等有机污染物。其不需要更换滤网，完全消除二次污染，并且具有加湿功能，特别适合冬春干燥季节空气净化，夏季使用时，可以作为空调风扇使用。

本发明可应用于给通风、洁净吸尘器、工业洁净室前端过滤、空调风扇、空调自净网、废气(尾气)处理、微米级尺寸微粉加工收集等多种类型的空气净化装置中。

附图说明

图1为本发明的空气净化装置的示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

附图标记如下：

水箱1、浮筒2、毛细吸水布3、滤网4、清水或水溶液5。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明的空气净化装置包括水箱1(又称供水箱1)、水箱1底座、置于水箱1中的浮筒2、向水箱1中注水的泵水装置、水位报警器、置于风口处的滤网4、搭接在浮筒2与滤网4之间的毛细吸水布3和设置在滤网4一侧的风机(该风机可为吹风式，也可为抽风式)。

1、所述水箱1的外形是水平断面为矩形、圆形或椭圆形的柱体，其由金属、塑胶、塑料、钢化玻璃或亚克力板材所制。

水箱1通过支架或底座置于通风口的上方，水箱1的进水口通过泵水装置接于供水管，其中的水位由水位监测装置(包括自动控制和报警装置)和泵水装置控制，该泵水装置根据水位监测装置的指令在水位超出设定范围后打开(水消耗至水位低于某设定值时)或关闭(注水达到某设定值时)。

水箱1中的水为清水(如城市自来水厂提供的净水)或在清水中添加有增加或降低水的表面张力的溶剂(如甘油、洗洁剂等)的水溶液。为了消除空气中的异味，也可适当加入清新剂或香精。

2、所述浮筒2为金属或塑料所制的密闭空心筒，或者为发泡材料(海绵或EVA等)所制的浮块、板，其外形可为圆柱、方柱或多边菱柱形，其置于水箱1内并始终漂浮在水面上(即浮筒或浮块、板的最底部一定漂浮在水中)，在其表面涂有疏水性涂层。

3、所述滤网4由金属、棉或化纤材质编织的滤网4，滤网4的表面设有若干可透气的微孔(即滤网4的网孔)，滤网4使用前需要经过表面处理(如作亲水性涂层处理)以便于清水或水溶液5均匀浸润；其以垂直平面、倾斜平面或者具有一定曲率的弯曲面设置在水箱1下方的通风口处，当打开风机后，待净化的空气由该滤网4的一侧穿过该滤网4由滤网4的另一侧流出。

所述滤网4最好为多层结构，相邻层之间设有疏水透气且呈隔层结构的隔离物(如经过疏水性处理的海绵、泡沫棉垫板等)，该结构有以下优点，其一，可避免相邻网层之间紧密相贴而致风阻过大，其二，可避免流入该滤网4的水因滤网4层间的触接而使各网层间供水不均匀而降低该水在滤网4的网孔上形成水膜的成膜率，其三，采用透气性好的海绵或泡沫棉，不会过于降低该滤网的通风性能，有利于风流将网孔上的水膜吹破。

在滤网4的下方设有通向废水收集过滤系统的收集槽或箱。废水收集过滤系统可将由滤网4流下的废水经过滤后循环再利用，或者直接排入排水管道中。

4、所述毛细吸水布3由棉或化纤编织而成。其内侧部(即置于水箱1内的部分)固接在所述的浮筒2上且该内侧部的布头部分(即内侧部的端部)始终浸入水中，毛细吸水布3的外侧部(即置于水箱1外的部分)跨过水箱1侧壁或者穿过设置于水箱1侧壁上的窗孔，通过缝制或铆接方式固接在所述滤网4的上部。这样，水箱1通过在搭接在浮筒2与滤网4之间的毛细吸水布3采用毛细虹吸方法为该滤网4提供清水或水溶液5，以此，在滤网4的网孔上形成均匀的水薄膜(也称水膜)，该水膜的厚度可低至5微米，具体厚度视清水或水溶液5中的表面张力与滤网4的网孔的大小而定。而网孔的大小以毛细吸水布3提供的水能在网孔上形成水膜为宜。

为了提高清水或水溶液5在滤网4上的成膜率(成膜率是指某一时刻，水在滤网4的网孔上成膜总数与该滤网4上总的网孔数的比值)，需要毛细吸水布3应连续、定量、均匀的为滤网4供水，因此，本发明设定所述浮筒2即便是在水箱1中的水位处于下限位时，浮筒2顶部的高度也应高于或等于毛细吸水布3上穿越水箱1侧壁时的部分的高度(即，当毛细吸水布3由水箱1侧壁顶部跨过时，该高度为水箱1侧壁顶部边缘的高度；当毛细吸水布3由开设于水箱1侧壁上的窗孔穿过时，该高度为窗孔的高度)。

为了避免毛细吸水布3上的水沿水箱1侧壁向下流动，可在水箱1侧壁上涂敷疏水性涂层，以使毛细吸水布3上的水完全提供给滤网4。

5、本发明的主要特点：

是在滤网4的网孔上形成均匀水膜，并配合适当的风机压力吹破该水膜，具体选用如下：

1)准备清水或配制一定表面张力的水溶液。其中的水溶液的表面张力根据吹向滤网4的气体风压来确定，当风压较高时(如大于200帕)时，需要在水中添加增加表面张力的溶剂，当风压较低时(如小于200帕)时，需要在水中添加降低表面张力的溶剂，溶剂的添加量基于溶剂性质，并根据风压和网孔的大小适当调整，总之，以使清水或水溶液5在滤网4的网孔上形成水膜为目的。

2)其次，需要连续、定量、均匀给水，因此本发明采用浮筒2漂浮在水溶液上，并且随着水溶液的液面高低而上下浮动，而且对浮筒2的顶部高度按前述第“4”点中要求的高度。3)再次，滤网4的网孔大小要适当，过大虽然风阻小，但不易成膜；过小容易成膜，但风阻大。需要配合风机选择，风机风压较大时，采用较小网孔滤网4，确保成膜率最大。以20-80目之间为宜。

4)最后，滤网4的面积越大，单位时间通过滤网4的风量越大，滤除污染物的效果越好，但滤网4的面积增大到一定程度后，在使用相同风机的情况下，风压过小，水膜不易被吹破，滤除污染物的效果就会下降，所以适时调整风机转速或更换不同压力的风机，以达到成膜率和水膜爆破率双高的目的。

6、本发明的空气净化装置的工作过程：

水箱1注水到一定高度后，毛细吸水布3接触水溶液并开始吸水，水流在毛细虹吸的作用下上升并绕过浮筒2和水箱1侧壁，再在重力作用下流向与毛细吸水布3缝制或固定在一起的滤网4上，经过表面处理的滤网4更容易使水溶液沿滤网4纤维扩散并在其网孔上形成水膜。

滤网4不断的获得来自毛细吸水布3连续、定量、均匀的补水，在滤网4上的水膜吹破后，水溶液不断地在网孔上形成水膜。

在风机的作用下，带有污染物的空气从滤网4的一侧不断吹向滤网4并在一定风压下将网孔上的水膜吹裂爆破，破裂的水膜因为意外折叠会形成更小的5-20微米水泡和0.5-5微米尺寸的小水滴，小水泡再次破裂后在水泡附近产生剧烈的空气压强变化、震动和紊流，最后变成0.5-5微米尺寸的小水滴，剧烈的空气压强变化、震动和紊流可以促使水泡和水滴与空气中的污染物(PM2.5固体颗粒、甲醛、苯、TVOC等有机物)充分粘附、包覆、溶解并粘附在滤网4的纤维上，被清洗后的清洁空气从滤网4的另一侧排出。

吸附有污染物的小水滴在碰撞过程中积聚并在重力的作用下沿滤网4的纤维向下流动并排入位于滤网4下方的废水收集过滤系统。

按照上述实施案例，便可很好地利用本发明原理制作既满足净化要求又可以不必更换滤网4，而且还可以加湿的空气净化器。

本发明采用毛细吸水布3+定高浮筒2的技术，解决了采用毛细管及雾化喷头不能解决的微量均匀给水问题。以空气净化器为例，采用本发明制作的空气净化器采用水作为污染物吸附介质，不需要更换滤网4；使用过程不仅可以清洁空气，而且可以加湿，很好地满足了秋冬雾霾天气的室内湿度过低问题。而且耗水量极低。增加等离子或负离子发生器后，可以有效抑制病毒病菌。

值得说明的是，基于上述设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种空气净化装置，包括置于风口处且由金属、棉或化纤材质编织的滤网(4)和向该滤网(4)提供水的供水箱(1)，其特征在于：所述水为清水或者在清水中添加有增强或降低水的表面张力的溶剂的水溶液，所述供水箱(1)通过搭接在所述水与滤网(4)之间的毛细吸水布(3)采用毛细虹吸方法为该滤网(4)提供恒量的所述的水，所述滤网(4)的网孔的大小与所述毛细吸水布(3)提供的所述水在该网孔上形成水膜状态匹配。

2.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于：在所述水箱(1)中设有水位监测装置和柱形的浮筒(2)，所述毛细吸水布(3)的内侧部搭接在浮筒(2)上并延伸至水中，毛细吸水布(3)的外侧部通过缝制或铆接方式固接在所述滤网(4)的上部；浮筒(2)的顶部高度不低于所述毛细吸水布(3)上穿越水箱(1)侧壁时的部分的高度。

3.根据权利要求2所述的空气净化装置，其特征在于：水箱(1)侧壁上涂有疏水性物质。

4.根据权利要求2所述的空气净化装置，其特征在于：所述滤网(4)的网孔在20-80目。

5.根据权利要求2所述的空气净化装置，其特征在于：所述滤网(4)为多层结构，层间设有具有防水透气性能的隔离物。

6.根据权利要求2所述的空气净化装置，其特征在于：所述浮筒(2)为金属或塑料所制的密闭空心筒或轻质发泡材料，在其表面涂有疏水性涂层。

7.根据权利要求2所述的空气净化装置，其特征在于：所述滤网(4)可为垂直平面设置，或者为倾斜平面设置，或者为具有设定曲率的弯曲面设置。

8.根据权利要求2所述的空气净化装置，其特征在于：在位于所述滤网(4)侧的水箱(1)侧壁上设有窗孔，所述毛细吸水布(3)的外侧部穿过该窗孔与所述的滤网(4)连接。

9.一种净化空气的方法，其采用以下步骤：

1)将清水或者添加可提高或降低水的表面张力的溶剂的水溶液以连续、定量、均匀方式通过毛细吸水布(3)提供给由金属、棉或化纤材质编织的滤网(4)；

2)使注入滤网(4)的清水或水溶液(5)在滤网(4)的网孔上形成均匀且厚度低至5微米的水膜；

3)待滤空气经风机以大于40帕的风压吹向滤网(4)，适配的空气风压使网孔上的水膜吹裂爆破；

4)破裂的水膜形成若干小水泡或小水滴，小水泡继续爆裂形成小水滴，小水泡爆裂过程使其附近空气压强突然增大并形成局部空气紊流；

5)在空气紊流的作用下，众多的小水滴将其周围的包含固体颗粒、甲醛、苯、烟尘或其它有害气体基团在内的细颗粒的污染物粘附、包覆或溶解；

6)吸附有污染物的小水滴在碰撞过程中积聚并在重力的作用下沿滤网(4)的纤维向下流动并排入位于滤网(4)下方的废水收集过滤系统。

10.根据权利要求9所述的净化空气的方法，其特征在于：所述小水泡的外径尺寸在5-20微米；所述小水滴的外径尺寸在0.5-5微米；所述细颗粒的污染物是指环境空气中空气动力学当量直径0.01－10微米的颗粒物。