CN107029496A - 人造降水式空气净化器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气净化器，尤其是一种人造降水式空气净化器，包括用于产生水汽和形成雾霾的水汽室、用于水汽冷凝以及形成降水的冷凝室；所述水汽室设置有用于输入外部空气的进气口，用于输出水汽的水汽口，水汽室下部设置有热水池，热水池内设置有加热器；所述水汽室的水汽口连通至冷凝室，即输出的水汽通过水汽口进入冷凝室，所述冷凝室上部设置有用于排出净化后空气的排气口，冷凝室内设置有冷凝管，冷凝室下部设置有污水池；所述污水池与热水池之间设置有污水循环通道，热水池设置有用于排污的排污口。本发明根据降水三要素，以尽可能小的用水量和能源消耗量，吸收空气中尽可能多的颗粒物，达到净化空气的目的。

Description

人造降水式空气净化器

技术领域

本发明涉及空气净化器，尤其是一种人造降水式空气净化器。

背景技术

大气污染影响人们的日常生活和身体健康。治理大气污染就是要把混杂在空气中的颗粒物和有害气体分离除去。空气净化器种类很多，不论是在大气污染物排放源头的烟尘净化处理设备还是人们工作生活环境中的室内空气净化器，其原理上不外乎采用静电除尘、液体吸收、滤网过滤、催化转化、特殊材料吸附等办法分离污染物。然而目前空气污染情况仍然严重，从技术上归因，现有的各类空气净化器或者本身净化效果不好，或者因设备价格和运行成本太高而用不起。根据科学原理提出新的技术思路，制造出成本低廉、效果良好的新型空气净化器，才是解决问题的根本出路。

大自然降水（雨、雪等）是最廉价、高效、环保的大气除尘净化过程。直接采用大风大雨式的空气净化装置会消耗巨大的能源和大量水资源，显然是不可取的。能否将人造降水引入一种特定装置中，制造出节能、节水、高效的空气净化器，可以作为研究方向。

形成降水需要同时具备三个条件：空气中所含的水蒸气达到饱和状态、空气中存在作为水汽凝结核的颗粒物、恒定的热源冷源形成温度差促使水汽遇冷凝结。简单地说，水汽、凝结核、温度差构成降水三要素。当某地具备降水云层而缺少凝结核的情况下，通过人为播撒凝结核，就可以进行人工降水。目前人工降水一词似乎已经被约定俗成定义为“通过人为的手段在云层中播撒凝结核形成降水”。通过人为手段形成降水的办法很多，如果设计制造一种装置，满足上述降水三要素，就可以在该装置内实现可控的降水。为了区别约定俗成的人工降水，不妨把特定装置中可控的降水称为“人造降水”。

雾霾本身就是气溶胶，其中含有大量的细小颗粒物，正好作为水汽凝结的核心。在污染的空气中加入足量的水，就可以形成饱和水蒸气。在饱和水蒸气与周围环境之间人为制造温度差，就可以将饱和水蒸气冷却凝结成液态甚至固态的降水。设计人造降水装置并不困难，如何以尽可能小的用水量和能源消耗量，吸收空气中尽可能多的颗粒物，达到空气净化的目的，是技术难点之所在。

首先，要有一个体积相对巨大的水汽室，水汽室下部是热水池，能不断产生高温饱和水蒸气，将污染的空气与高温饱和水蒸气混合贮存在其中。其次，将水汽室中吸收了污染物的高温饱和水蒸气通过水汽口进入冷凝室中，遇到冷凝管上的冷源后凝结成含污染物的降水，自然降落到底部的污水池中，净化后的空气从排气口自然排出。第三，将污水池中的污水通过导水管引入热水池中，继续加热形成水蒸气，重复吸收空气中污染物。由于降水可以蒸发后重复利用，直到最后吸收足够的污染物成为高浓度泥浆水通过排污口排出，实际耗水量不大。第四，冷凝管内的冷却用水应该可以循环使用，减少水资源的消耗。有一个高位冷水箱和一个低位外水池，高位冷水箱中的冷水在冷凝管中流经冷却室，吸收水汽凝结相变热能后，冷却水的温度有所提高，流到低位外水池后与环境空气进行热交换，重新变成与环境温度相近的冷水，经过抽水泵和抽水管抽提到高位水箱重复使用。

恒定的热源和冷源是形成蒸汽和降水的必要条件。如何充分利用能源，始终保持热饱和水蒸气与冷却室之间恒定的温度差，使降水过程持续进行。如果热废气从高温烟囱排出，那么烟囱内热废气就是高温热源，周围环境的冷水就是低温冷源，不需要人为制造热源和冷源，只要设计一个装置始终保持一定的温差即可。如果常温下雾霾没有排放热废气的烟囱，就要通过人工加热的办法作为热源将冷水加热变成饱和水蒸气，同时利用环境冷水作为冷源。也可以根据热泵原理，利用压缩机和制冷工作液体，制造具有恒定热源和冷源的装置。

发明内容

根据降水三要素发明一种人造降水式空气净化器，以尽可能小的用水量和能源消耗量，吸收空气中尽可能多的颗粒物，达到净化空气的目的。

本发明的上述技术问题是通过以下技术方案得以实施的：一种人造降水式空气净化器，其特征在于，包括用于产生水汽和形成雾霾的水汽室、用于水汽冷凝以及形成降水的冷凝室；

所述水汽室设置有用于输入外部空气的进气口，用于输出水汽的水汽口，水汽室下部设置有热水池，热水池内设置有加热器。

所述水汽室的水汽口连通至冷凝室，即输出的水汽通过水汽口进入冷凝室，所述冷凝室上部设置有用于排出净化后空气的排气口，冷凝室内设置有冷凝管，冷凝室下部设置有污水池。

所述污水池与热水池之间设置有污水循环通道，热水池设置有用于排污的排污口；排污口用于排放高浓度污水。

水汽产生与雾霾形成：含有污染物的空气由进气口进入水汽室中，水汽室下部热水池中的热水由加热器加热后形成热的饱和水蒸气向上进入水汽室中，含污染物空气中的颗粒物或水溶性气体在水汽室中与水蒸气充分混合形成高温饱和的雾霾。

水汽冷凝与降水形成：水汽室中高温饱和的雾霾通过水汽口（雾霾口）进入冷凝室中，在冷凝管上被冷却后凝结形成人造降水，携带着污染物落在下部的污水池中，实现空气净化；除去了雾霾的净化空气从多个排气口自然排出，进入大气。

作为优选，所述冷凝管的上端连接于冷水箱，冷水箱位于冷凝室上方；冷凝管的下端位于冷凝室之外，冷凝室至外设置有用于承接冷凝管中冷却水的外水池。

作为优选，所述外水池与冷水箱之间连接抽水管，抽水管上设置有抽水泵。

冷却水降温复原循环利用：冷水箱中的冷却水沿着冷凝管内部流动，在冷凝室内与高温饱和雾霾进行热交换，使雾霾冷却发生相变形成人造降水的同时，冷却水本身温度升高；温度升高的冷却水沿冷凝管流到冷凝室外部的外水池中，与环境冷空气进行热交换，重新变成冷水，被抽水泵经抽水管抽提到冷凝室顶部的冷水箱中，再一次作为冷却水使用。

作为优选，所述外水池与热水池之间连接有补水管。

作为优选，所述污水循环通道设置为连通污水池和热水池的导水管。

污水补给循环利用与排污：污水池中的污水通过导水管进入热水池，及时补充热水，循环利用。当水汽室中热水不足时，可以从导水管将污水引入补充并重复蒸发利用，也可以通过补水管引入普通的冷水加以补充；当污水浓度过高时，可以通过排污口排出污水。

作为优选，所述水汽室的进气口处设置有鼓风机；含有污染物的空气通过鼓风机作用经过进气口进入水汽室中。

作为优选，所述水汽室顶部设置有一与外部连通的管口，管口上端设置有安全阀；水汽室中，当高温饱和的雾霾气压过高时，可以顶开安全阀并排出部分气体物质，减小压力，保证水汽室的安全。

综上所述，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明的人造降水式空气净化器，同时满足降水三要素，实现人造降水；由于人造降水的实现，可以将空气中的污染物通过降水转移到污水中，实现空气净化；由于污水的重复蒸发利用浓缩，以及冷却水的循环利用，最大限度降低了耗水量和能源消耗量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中标号为：1、排污口；2、热水池；3、鼓风机；4、进气口；5、加热器；6、导水管；7、水汽室；8、水汽口；9、安全阀；10、冷水箱；11、排气口；12、冷凝管；13、抽水管；14、抽水泵；15、冷凝室；16、补水管；17、污水池；18、外水池。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种人造降水式空气净化器，包括用于产生水汽和形成雾霾的水汽室7、用于水汽冷凝以及形成降水的冷凝室15；水汽室7由保温材料作为壁材所构成，水汽室7的下部壁面设置有用于输入外部空气的进气口4，进气口4处设置有鼓风机3；水汽室7顶部设置有一与外部连通的管口，管口上端设置有安全阀9；水汽室7的上部壁面设置有用于输出水汽的水汽口8，该水汽口8连通至冷凝室15，即输出的水汽通过水汽口8进入冷凝室15；所述水汽室7下部设置有热水池2，热水池2内设置有加热器5，热水池2底部有一排污口1，用于排出高浓度污水。

所述冷凝室15上部壁面设置有用于排出净化后空气的多个排气口11，冷凝室15内设置有冷凝管12，冷凝室15下部设置有污水池17，冷凝室15上方有一冷水箱10，所述冷凝管12设置成蛇形弯曲或者螺旋状，冷凝管12的上端连接于该冷水箱10，冷凝管12的下端位于冷凝室15之外，冷凝室15外还有一外水池18，用于承接冷凝管中的冷却水；所述外水池18与冷水箱10之间连接抽水管13，抽水管13上设置有抽水泵14。

所述污水池17与热水池2之间通过导水管6连通，所述外水池18与热水池2之间连接补水管16。

人造降水式空气净化器包含四个系统：水汽产生与雾霾形成系统、水汽冷凝与降水形成系统、污水补给循环利用与排污系统、冷却水降温复原循环利用系统。

水汽产生与雾霾形成系统包括：水汽室、水汽室下部的热水池、热水池中的加热器、水汽室的进气口、与进气口连接的鼓风机、连通水汽室与冷凝室的水汽口、水汽室顶部的安全阀、水汽室中补充热水的补水管、水汽室热水池底部排放高浓度污水的排污口、污水池通往水汽室的导水管。含有污染物的空气由鼓风机经过进气口进入水汽室中，水汽室下部热水池中的热水由加热器加热后形成热的饱和水蒸气向上进入水汽室中，含污染物空气中的颗粒物或水溶性气体在水汽室中与水蒸气充分混合形成高温饱和的雾霾。当高温饱和的雾霾气压过高时，可以顶开安全阀并排出部分气体物质，减小压力，保证水汽室的安全。水汽室中高温饱和的雾霾通过水汽口（雾霾口）进入水汽冷凝与降水形成系统的冷凝室中。当水汽室中热水不足时，可以从导水管将污水引入补充并重复蒸发利用，也可以通过补水管引入普通的冷水加以补充。当污水浓度过高时，可以通过排污口排出污水。

水汽冷凝与降水形成系统包括：冷凝室、冷凝室下部的污水池、冷凝室中的冷凝管、冷凝室顶部与冷凝管相连通的高位冷水箱、冷凝室外部承接冷凝管中冷却水的外水池、冷凝室中上部多个通往大气的排气口、污水池中的导水管连通热水池。水汽室中形成的高温饱和的雾霾，通过雾霾口进入冷凝室，在冷凝管上被冷却后凝结形成人造降水，携带者污染物落在下部的污水池中，实现空气净化。除去了雾霾的净化空气从多个排气口自然排出，进入大气。污水池中的污水通过导水管进入热水池，及时补充热水，循环利用。

污水补给循环利用与排污系统包括：热水池、污水池、连接热水池与污水池的导水管、热水池通往外界的排污口、外界通往热水池的补水管、水汽室、冷凝室、连通水汽室与冷凝室的水汽口（雾霾口）、冷凝室中的冷凝管、热水池中的加热器。热水池中的热水被加热器加热后形成水汽，与污染的空气混合后形成高温饱和的雾霾，经冷凝管冷却后凝结成人造降水，落下进入污水池。污水池中的污水通过导水管进入热水池补充热水，再一次被加热成水蒸气进入下一轮降水过程。热水池中的热水反复多次蒸发后浓缩成高浓度污水，通过排污口排出。补水管将新补充的水送到热水池中，维持恒定的水量。

冷却水降温复原循环利用系统包括：冷凝室顶部的冷水箱、冷凝室中上端连接冷水箱的冷凝管、冷凝室外承接冷凝管中冷却水的外水池、抽水泵、抽水管。冷凝室顶部冷水箱中的冷却水沿着冷凝管内部流动，在冷凝室内与高温饱和雾霾进行热交换。使雾霾冷却发生相变形成人造降水的同时，冷却水本身温度升高。温度升高的冷却水沿冷凝管内流到冷凝室外部的外水池中，与环境冷空气进行热交换，重新变成冷水，被抽水泵经抽水管抽提到冷凝室顶部的冷水箱中，再一次作为冷却水使用。

实践应用中，对于工厂烟囱排放的高温废气，不需要加热器额外加热就可以形成大量饱和水蒸气，降低了能耗。由于利用环境冷水作为冷却用水（特别是北方冬季环境温度低，可以保障冷却用水作为恒定的低温热源），可以使高温饱和水蒸气充分冷却形成降水，空气净化效果良好。实际消耗的能源只有鼓风机和抽水机两处运输气体和液体物质所需的能耗。

对于常温条件下室内空气净化，需要加热器加热才能形成饱和水蒸气，会消耗一定的能量。冷却水仍然可以利用环境冷水，没有消耗热能。如果采用热泵，一端产生热的饱和水蒸气，另一端用于水汽的降温实现人造降水，可以节约一些能源。

对于水溶性不良但是可以溶于特定有机溶剂或专门吸收剂的特殊污染物，只要将热水池和污水池中的水改为特定的有机溶剂或专门吸收剂，冷却水仍然可以利用环境冷水。冷却水和吸收剂不能混用。例如吸收化工生产企业的废气，吸收厨房油烟，吸收地下车库和城市道路上的汽车尾气，吸收商场、医院等特殊场合的空气污染物，只要找到专门的吸收液，都可以采用该装置进行空气净化。

文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种人造降水式空气净化器，其特征在于，包括用于产生水汽和形成雾霾的水汽室（7）、用于水汽冷凝以及形成降水的冷凝室（15）；

所述水汽室设置有用于输入外部空气的进气口（4），用于输出水汽的水汽口（8），水汽室下部设置有热水池（2），热水池内设置有加热器（5）；

所述水汽室的水汽口连通至冷凝室，即输出的水汽通过水汽口进入冷凝室，所述冷凝室上部设置有用于排出净化后空气的排气口（11），冷凝室内设置有冷凝管（12），冷凝室下部设置有污水池（17）；

所述污水池与热水池之间设置有污水循环通道，热水池设置有用于排污的排污口（1）。

2.根据权利要求1所述的人造降水式空气净化器，其特征在于，所述冷凝管的上端连接于一冷水箱（10），冷水箱位于冷凝室上方；冷凝管的下端位于冷凝室之外，冷凝室之外设置有用于承接冷凝管中冷却水的外水池（18）。

3.根据权利要求2所述的人造降水式空气净化器，其特征在于，所述外水池与冷水箱之间连接抽水管（13），抽水管上设置有抽水泵（14）。

4.根据权利要求3所述的人造降水式空气净化器，其特征在于，所述外水池与热水池之间连接有补水管（16）。

5.根据权利要求1所述的人造降水式空气净化器，其特征在于，所述污水循环通道设置为连通污水池和热水池的导水管（6）。

6.根据权利要求1所述的人造降水式空气净化器，其特征在于，所述水汽室的进气口处设置有鼓风机（3）。

7.根据权利要求1所述的人造降水式空气净化器，其特征在于，所述水汽室顶部设置有一与外部连通的管口，管口上端设置有安全阀（9）。

8.根据权利要求1所述的人造降水式空气净化器，其特征在于，包含四个系统，分别是水汽产生与雾霾形成系统、水汽冷凝与降水形成系统、污水补给循环利用与排污系统、冷却水降温复原循环利用系统；

水汽产生与雾霾形成系统包括：水汽室（7）、水汽室下部的热水池（2）、热水池中的加热器（5）、水汽室的进气口（4）、与进气口连接的鼓风机（3）、连通水汽室与冷凝室的水汽口（8）、水汽室顶部的安全阀（9）、水汽室中补充热水的补水管（16）、水汽室热水池底部排放高浓度污水的排污口（1）、污水池通往水汽室的导水管（6）；

水汽冷凝与降水形成系统包括：冷凝室（15）、冷凝室下部的污水池（17）、冷凝室中的冷凝管（12）、冷凝室顶部与冷凝管相连通的高位冷水箱（10）、冷凝室外部承接冷凝管中冷却水的外水池（18）、冷凝室中上部多个通往大气的排气口（11）、污水池中连通热水池的导水管（6）；

污水补给循环利用与排污系统包括：热水池（2）、污水池（17）、连接热水池与污水池的导水管（6）、热水池通往外界的排污口（1）、外界通往热水池的补水管（16）、水汽室（7）、冷凝室（15）、连通水汽室与冷凝室的水汽口（8）、冷凝室中的冷凝管（12）、热水池中的加热器（5）；

冷却水降温复原循环利用系统包括：冷凝室顶部的冷水箱（10）、冷凝室中上端连接冷水箱的冷凝管（12）、冷凝室外承接冷凝管中冷却水的外水池（18）、连接冷水箱与外水池的抽水管（13）、抽水管上的抽水泵（12）。