CN106931559A - 多功能空气净化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能空气净化器，包括壳体、位于壳体内相互独立且上下设置的上净化系统和下净化系统，以及位于上、下净化系统之间的控制器；所述上净化系统包括位于壳体上部左、右、前侧面的上进风口、位于壳体顶面的上出风口、沿壳体上部气流方向依次设置的空气净化组件和风机；下净化系统包括位于壳体下部左右两侧的下进风口和下出风口，以及沿壳体下部气流方向依次设置的空气净化组件和风机；所述空气净化组件包括沿气流方向依次设置的颗粒物过滤器、臭氧过滤器和甲醛或TVOC过滤器。该多功能空气净化器形成了空间立体全方位气流，噪音低，净化效率高，同时有效过滤尘埃颗粒，可去除甲醛、TVOC实现多功能净化空气防止二次污染。

Description

多功能空气净化器

技术领域

本发明涉及一种空气净化系统，尤其涉及一种多功能空气净化器，属于物联网技术领域。

背景技术

随着室外空气污染越来越严重，同时室内装修、油烟等污染源进一步加重室内污染，室内PM2.5、甲醛、TVOC严重超标，对人的身心健康造成了很大的伤害，越来越多的人选用空气净化器来净化室内的空气。

现在很多空气净化器去除空气中的颗粒物通常采用高效过滤器，高效过滤器通常采用超细玻璃纤维纸作滤网，胶板纸、铝箔板等材料折叠作分割板，新型聚氨酯密封胶密封，并以镀锌板、不锈钢板、铝合金型材为外框制成。虽然高效过滤器效率高，但是阻力大，在提高效率的同时会增加机组的内部阻力，相当于增加了机组的能耗，滤网在使用一段时间后，需要定期更换，增加了后期的维护成本。目前空气净化器在去除气态污染物如甲醛、TVOC等效率不高，且存在二次污染，同时对于微生物的去除采用的是过滤拦截的方式，这种去除方式在空气净化器使用一段时间后，会产生二次污染，过滤网成为微生物繁殖的基础，微生物大量繁殖后污染室内空气。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种清洗方便、可有效去除甲醛、TVOC，同时能够杀灭微生物防止二次污染的多功能空气净化器。

技术方案：本发明所述的一种多功能空气净化器，包括壳体、位于壳体内相互独立且上下设置的上净化系统和下净化系统，以及位于上、下净化系统之间的控制器；所述上净化系统包括位于壳体上部左、右、前侧面的上进风口、位于壳体顶面的上出风口、沿壳体上部气流方向依次设置的空气净化组件和风机；所述下净化系统包括位于壳体下部左右两侧的下进风口和下出风口，以及沿壳体下部气流方向依次设置的空气净化组件和风机；所述空气净化组件包括沿气流方向依次设置的颗粒物过滤器、臭氧过滤器和甲醛或TVOC过滤器。该多功能空气净化器中利用上、下两个净化系统达到上下两个系统垂直、水平方向同时净化室内空气，形成了空间立体全方位气流，与单一方向相同风量相比噪音更低，同时净化效率更高，同时有效过滤尘埃颗粒，同时可去除甲醛、TVOC实现多功能净化空气防止二次污染。

其中，所述上进风口、上出风口、下进风口和下出风口均是由正六边形开口组成的风口。该风口可保障在同样面积的条件下进风量最大。

优选的，所述颗粒物过滤器包括依次设置的为空气中有害物质充电的充电模块和用于吸附空气中带电的有害物质的集尘模块；其中所述充电模块包括带圆孔结构的薄板和带针尖电极的合金电极，所述针尖电极位于圆孔中心位置；所述集尘模块包括蜂窝状的集尘板。充电模块中针尖电极与圆孔边缘产生电晕放电，使空气中运动的尘埃颗粒在经过圆孔时可被充电并携带电子；此外也可产生对人体有益的负离子。集尘模块是电介质为载体的密集强电场，当带电的尘埃颗粒随气流进入蜂窝状的集尘区域，被充电的尘埃颗粒和细菌颗粒在该强电场的作用下被吸附在中空腔体的内表面上，以达到净化作用，避免微生物大量繁殖后污染室内空气；此外该颗粒物过滤器便于清洗，使用过程中不产生耗材，成本低廉。

进一步，所述臭氧过滤器包括表面涂覆有用于分解臭氧的催化剂的蜂窝状铝基材。

优选的，所述甲醛或TVOC过滤器包括由玻璃纤维纸制成的瓦楞蜂窝状基材，该基材表面喷涂有用于吸附甲醛或TVOC的药剂。

优选的，所述控制器包括相互适配的分隔盒体和分隔盖板，该分隔盒体内设有主控板和两个风机电容。

进一步，所述分隔盖板由两块相互铰接的板片构成，该板片上均布有若干个散热孔。

再者，还包括用于检测室内空气质量的传感器、驱动板和高压电源输出模块，所述主控板分别与传感器和驱动板相连接，该驱动板依次与高压电源输出模块和颗粒物过滤器相连接；所述主控板包括输入模块、控制运算电路和控制输出模块；所述传感器将检测到的室内PM2.5值、臭氧浓度输入至主控板，主控板基于PID运算方法输出PWM控制电压信号至驱动板，驱动板输出6～12V可变直流电压至高压电源输出模块，该高压电源输出模块经过倍压升压处理输出4kv～8kv直流高压电源至颗粒物过滤器。

其中，所述PID运算方法包括如下步骤：

1)所述输入模块18以室内空气质量检测值与空气质量设定值的偏差e和偏差变化率Δe作为输入变量，其中室内空气质量检测值为PM2.5浓度，空气质量设定值为PM2.5浓度目标值0；输入变量分为7个分别对应空气质量分级的等级，7个等级分别为0/15/35/50/75/125/150，分别对应纯净、欧美优级质量、中国优级质量、中国良级质量、轻度污染质量、中度污染质量和重度污染质量；

2)所述控制运算电路19对PID算法中的比例系数kp、积分系数ki和微分系数kd进行模糊化运算，

Kp＝Kp'+Qp×ΔKp

其中，Kp'为比例系数的初值，Qp为比例变化系数，ΔKp为模糊规则得到的Kp调节值；

Ki＝Ki'+Qi×ΔKi

其中，Ki'为积分系数的初值，Qi为积分变化系数，ΔKi为模糊规则得到的Ki调节值；

Kd＝Kd'+Qd×ΔKd

其中，Kd'为微分系数的初值，Qd为微分变化系数，ΔKd为模糊规则得到的Kd调节值；

取50为论域0值，e、Δe的域为[-3，+3]，将其离散成7个等级即[-3，-2，-1，0，+1，+2，+3]；通过调整PID算法中的Kp、Ki和Kd参数，对控制运算电路19进行控制得到比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd的论域为：Kp[-0.3，-0.2，-0.1，0，0.1，0.2，0.3]、Ki[-0.06，-0.04，-0.02，0，0.02，0.04，0.06]、Kd[-3，-2，-1，0，1，2，3]；

(3)所述控制输出模块20输出稳定的PWM控制电压信号U，其中e，Δe，kp，ki，kd的模糊域为：负大[NB]、负中[NM]、负小[NS]、零[ZO]、正小[PS]、正中[PM]、正大[PB]；然后由e、Δe隶属函数根据最大值法得出相应的模糊变量；

PID算法为：IF e is NB and Δe then kp；IF e is NB andΔe then ki；IF eis NB and Δe then kd；

然后采用最大隶属度法，进行反模糊化；依据PID参数整定原则及实验数据总结，得到输出量U：

现有的驱动板输出电压为8/12V固定值，高压电压输出模块输出电压为6kv/8kv固定值，颗粒物过滤器长期处于满负荷工作状态；本发明采用模糊PID算法，将颗粒物过滤器的工作电压与室内空气质量联系起来，并根据室内空气质量状况，将颗粒物过滤器的工作状态调整为从半载至全载自动调节，既可以有效控制能耗，也可以有效降低臭氧发生量。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为：首先该多功能空气净化器中利用上、下两个净化系统达到上下两个系统垂直、水平方向同时净化室内空气，形成了空间立体全方位气流，与单一方向相同风量相比噪音更低，同时净化效率更高，同时有效过滤尘埃颗粒，同时可去除甲醛、TVOC实现多功能净化空气防止二次污染；其次该由正六边形开口组成的风口可保障在同样面积的条件下进风量最大；再者集尘模块是电介质为载体的密集强电场，当带电的尘埃颗粒随气流进入蜂窝状的集尘区域，被充电的尘埃颗粒和细菌颗粒在该强电场的作用下被吸附在中空腔体的内表面上，以达到净化作用，避免微生物大量繁殖后污染室内空气；此外该颗粒物过滤器便于清洗，使用过程中不产生耗材，成本低廉；还有本发明采用模糊PID算法，将颗粒物过滤器的工作电压与室内空气质量联系起来，并根据室内空气质量状况，将颗粒物过滤器的工作状态调整为从半载至全载自动调节，既可以有效控制能耗，也可以有效降低臭氧发生量。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图；

图2为本发明中控制器的结构示意图；

图3为本发明中控制原理图；

图4为本发明的立体图；

图5为本发明的主视图；

图6为本发明中PID运算方法原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1、图4和图5所示，本发明公开了一种多功能空气净化器，包括壳体1、位于壳体1内相互独立且上下设置的上净化系统和下净化系统，以及位于上、下净化系统之间的控制器2。上净化系统包括位于壳体上部左、右、前侧面的上进风口3、位于壳体顶面的上出风口4、沿壳体上部气流方向依次设置的空气净化组件和风机5；所述下净化系统包括位于壳体下部左右两侧的下进风口6和下出风口7，以及沿壳体下部气流方向依次设置的空气净化组件和风机5。其中，上进风口3、上出风口4、下进风口6和下出风口7均是由正六边形开口组成的风口。该风口可保障在同样面积的条件下进风量最大。

上述空气净化组件包括沿气流方向依次设置的颗粒物过滤器8、臭氧过滤器9和甲醛或TVOC过滤器10。该多功能空气净化器中利用上、下两个净化系统达到上下两个系统垂直、水平方向同时净化室内空气，形成了空间立体全方位气流，与单一方向相同风量相比噪音更低，同时净化效率更高，同时有效过滤尘埃颗粒，同时可去除甲醛、TVOC实现多功能净化空气防止二次污染。颗粒物过滤器8包括依次设置的为空气中有害物质充电的充电模块和用于吸附空气中带电的有害物质的集尘模块；其中所述充电模块包括带圆孔结构的薄板和带针尖电极的合金电极，所述针尖电极位于圆孔中心位置；所述集尘模块包括蜂窝状的集尘板。臭氧过滤器9包括表面涂覆有用于分解臭氧的催化剂的蜂窝状铝基材。甲醛或TVOC过滤器10包括由玻璃纤维纸制成的瓦楞蜂窝状基材，该基材表面喷涂有用于吸附甲醛或TVOC的药剂。集尘模块是电介质为载体的密集强电场，当带电的尘埃颗粒随气流进入蜂窝状的集尘区域，被充电的尘埃颗粒和细菌颗粒在该强电场的作用下被吸附在中空腔体的内表面上，以达到净化作用，避免微生物大量繁殖后污染室内空气；此外该颗粒物过滤器便于清洗，使用过程中不产生耗材，成本低廉。

如图2所示，控制器2包括相互适配的分隔盒体11和分隔盖板12，该分隔盒体12内设有主控板13和两个风机电容14。分隔盖板12由两块相互铰接的板片构成，该板片上均布有若干个散热孔。分隔盖板12可以打开方便电路检修，且散热效果好。

如图3和图6所示，本发明还包括用于检测室内空气质量的传感器15、驱动板16和高压电源输出模块17，所述主控板13分别与传感器15和驱动板16相连接，该驱动板16依次与高压电源输出模块17和颗粒物过滤器8相连接；所述主控板13包括输入模块18、控制运算电路19和控制输出模块20；所述传感器15将检测到的室内PM2.5值、臭氧浓度输入至主控板13，主控板13基于PID运算方法输出PWM控制电压信号至驱动板16，驱动板16输出6～12V可变直流电压至高压电源输出模块17，该高压电源输出模块17经过倍压升压处理输出4kv～8kv直流高压电源至颗粒物过滤器8。

其中，所述PID运算方法包括如下步骤：

1)所述输入模块18以室内空气质量检测值与空气质量设定值的偏差e和偏差变化率Δe作为输入变量，其中室内空气质量检测值为PM2.5浓度，空气质量设定值为PM2.5浓度目标值0；输入变量分为7个分别对应空气质量分级的等级，7个等级分别为0/15/35/50/75/125/150，分别对应纯净、欧美优级质量、中国优级质量、中国良级质量、轻度污染质量、中度污染质量和重度污染质量；

2)所述控制运算电路19对PID算法中的比例系数kp、积分系数ki和微分系数kd进行模糊化运算，

Kp＝Kp'+Qp×ΔKp

其中，Kp'为比例系数的初值，Qp为比例变化系数，ΔKp为模糊规则得到的Kp调节值；

Ki＝Ki'+Qi×ΔKi

其中，Ki'为积分系数的初值，Qi为积分变化系数，ΔKi为模糊规则得到的Ki调节值；

Kd＝Kd'+Qd×ΔKd

其中，Kd'为微分系数的初值，Qd为微分变化系数，ΔKd为模糊规则得到的Kd调节值；

取50为论域0值，e、Δe的域为[-3，+3]，将其离散成7个等级即[-3，-2，-1，0，+1，+2，+3]；通过调整PID算法中的Kp、Ki和Kd参数，对控制运算电路19进行控制得到比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd的论域为：Kp[-0.3，-0.2，-0.1，0，0.1，0.2，0.3]、Ki[-0.06，-0.04，-0.02，0，0.02，0.04，0.06]、Kd[-3，-2，-1，0，1，2，3]；

(3)所述控制输出模块20输出稳定的PWM控制电压信号U，其中e，Δe，kp，ki，kd的模糊域为：负大[NB]、负中[NM]、负小[NS]、零[ZO]、正小[PS]、正中[PM]、正大[PB]；然后由e、Δe隶属函数根据最大值法得出相应的模糊变量；

PID算法为：IF e is NB and Δe then kp；IF e is NB and Δe then ki；IF eis NB and Δe then kd；

然后采用最大隶属度法，进行反模糊化；依据PID参数整定原则及实验数据总结，得到输出量U：

本发明采用模糊PID算法，将颗粒物过滤器的工作电压与室内空气质量联系起来，并根据室内空气质量状况，将颗粒物过滤器的工作状态调整为从半载至全载自动调节，既可以有效控制能耗，也可以有效降低臭氧发生量。

Claims (9)

1.一种多功能空气净化器，其特征在于：包括壳体(1)、位于壳体(1)内相互独立且上下设置的上净化系统和下净化系统，以及位于上、下净化系统之间的控制器(2)；所述上净化系统包括位于壳体上部左、右、前侧面的上进风口(3)、位于壳体顶面的上出风口(4)、沿壳体上部气流方向依次设置的空气净化组件和风机(5)；所述下净化系统包括位于壳体下部左右两侧的下进风口(6)和下出风口(7)，以及沿壳体下部气流方向依次设置的空气净化组件和风机(5)；所述空气净化组件包括沿气流方向依次设置的颗粒物过滤器(8)、臭氧过滤器(9)和甲醛或TVOC过滤器(10)。

2.根据权利要求1所述的多功能空气净化器，其特征在于：所述上进风口(3)、上出风口(4)、下进风口(6)和下出风口(7)均是由正六边形开口组成的风口。

3.根据权利要求1所述的多功能空气净化器，其特征在于：所述颗粒物过滤器(8)包括依次设置的为空气中有害物质充电的充电模块和用于吸附空气中带电的有害物质的集尘模块；其中所述充电模块包括带圆孔结构的薄板和带针尖电极的合金电极，所述针尖电极位于圆孔中心位置；所述集尘模块包括蜂窝状的集尘板。

4.根据权利要求1所述的多功能空气净化器，其特征在于：所述臭氧过滤器(9)包括表面涂覆有用于分解臭氧的催化剂的蜂窝状铝基材。

5.根据权利要求1所述的多功能空气净化器，其特征在于：所述甲醛或TVOC过滤器(10)包括由玻璃纤维纸制成的瓦楞蜂窝状基材，该基材表面喷涂有用于吸附甲醛或TVOC的药剂。

6.根据权利要求1所述的多功能空气净化器，其特征在于：所述控制器(2)包括相互适配的分隔盒体(11)和分隔盖板(12)，该分隔盒体(12)内设有主控板(13)和两个风机电容(14)。

7.根据权利要求6所述的多功能空气净化器，其特征在于：所述分隔盖板(12)由两块相互铰接的板片构成，该板片上均布有若干个散热孔。

8.根据权利要求1所述的多功能空气净化器，其特征在于：还包括用于检测室内空气质量的传感器(15)、驱动板(16)和高压电源输出模块(17)，所述主控板(13)分别与传感器(15)和驱动板(16)相连接，该驱动板(16)依次与高压电源输出模块(17)和颗粒物过滤器(8)相连接；所述主控板(13)包括输入模块(18)、控制运算电路(19)和控制输出模块(20)；所述传感器(15)将检测到的室内PM2.5值、臭氧浓度输入至主控板(13)，主控板(13)基于PID运算方法输出PWM控制电压信号至驱动板(16)，驱动板(16)输出6～12V可变直流电压至高压电源输出模块(17)，该高压电源输出模块(17)经过倍压升压处理输出4kv～8kv直流高压电源至颗粒物过滤器(8)。

9.根据权利要求8所述的多功能空气净化器，其特征在于：所述PID运算方法包括如下步骤：

1)所述输入模块18以室内空气质量检测值与空气质量设定值的偏差e和偏差变化率Δe作为输入变量，其中室内空气质量检测值为PM2.5浓度，空气质量设定值为PM2.5浓度目标值0；输入变量分为7个分别对应空气质量分级的等级，7个等级分别为0/15/35/50/75/125/150，分别对应纯净、欧美优级质量、中国优级质量、中国良级质量、轻度污染质量、中度污染质量和重度污染质量；

2)所述控制运算电路19对PID算法中的比例系数kp、积分系数ki和微分系数kd进行模糊化运算，

Kp＝Kp'+Qp×ΔKp

其中，Kp'为比例系数的初值，Qp为比例变化系数，ΔKp为模糊规则得到的Kp调节值；

Ki＝Ki'+Qi×ΔKi

其中，Ki'为积分系数的初值，Qi为积分变化系数，ΔKi为模糊规则得到的Ki调节值；

Kd＝Kd'+Qd×ΔKd

其中，Kd'为微分系数的初值，Qd为微分变化系数，ΔKd为模糊规则得到的Kd调节值；

取50为论域0值，e、Δe的域为[-3，+3]，将其离散成7个等级即[-3，-2，-1，0，+1，+2，+3]；通过调整PID算法中的Kp、Ki和Kd参数，对控制运算电路19进行控制得到比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd的论域为：Kp[-0.3，-0.2，-0.1，0，0.1，0.2，0.3]、Ki[-0.06，-0.04，-0.02，0，0.02，0.04，0.06]、Kd[-3，-2，-1，0，1，2，3]；

(3)所述控制输出模块20输出稳定的PWM控制电压信号U，其中e，Δe，kp，ki，kd的模糊域为：负大[NB]、负中[NM]、负小[NS]、零[ZO]、正小[PS]、正中[PM]、正大[PB]；然后由e、Δe隶属函数根据最大值法得出相应的模糊变量；

PID算法为：IF e is NB andΔe then kp；IF e is NB andΔe then ki；IF e is NBand Δe then kd；

然后采用最大隶属度法，进行反模糊化；依据PID参数整定原则及实验数据总结，得到输出量U：

$U=kpe\left(n\right)+ki\underset{i=0}{\overset{i=n}{\Σ}}e\left(i\right)+kd\[\mathrm{\Δ}e\left(i\right)\].$