CN107093482B - 空气中放射性气溶胶消除装置 - Google Patents

Abstract

一种空气中放射性气溶胶消除装置，包括：设备主体，其具有安装室；在安装室内设置过滤设备，过滤设备包括有一级过滤组件以及二级过滤组件；超声波处理组件设置于处理空间内，超声波处理组件包括有超声波发生器以及超声波反射板、并形成有用于气体通过的超声波处理通过通道；用于对微小颗粒进行静电除尘的静电除尘系统，静电除尘系统设置于安装室内；于静电除尘系统的下端设置有用于加速气体流通的风机，风机设置于安装室内、并与出气口相对设置。本发明结合了过滤技术和超声凝聚技术，利用超声波将气凝胶以及微小颗粒物杂质凝聚成大颗粒物杂质，然后通过多级过滤，能够使得本发明有效对空气中的放射性气溶胶进行清除。

Description

空气中放射性气溶胶消除装置

技术领域

本发明涉及空气净化设备技术领域，更具体地说，特别涉及一种空气中放射性气溶胶消除装置。

背景技术

目前，针对放射性气溶胶消除的方案大多以过滤消除为主，这意味着消除气溶胶的能力在很大程度上取决于过滤网的性能。

在现有技术中，使用较为主流的高效过滤网只能过滤掉0.3mm以上的细小粒径气溶胶粒子，对直径更小的气溶胶颗粒则无法对其进行过滤。即便如此，在一些高精尖端领域内，高效过滤网的使用也不是很普遍。

因此，在我国还没有使用高效能的过滤网对放射性气溶胶进行过滤的装备。

发明内容

(一)技术问题

综上所述，如何提供一种能够对微小气溶胶颗粒进行有效过滤的设备，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

(二)技术方案

针对上述关于技术背景方面的简单介绍，本发明结合了过滤技术和超声凝聚技术(当超声波通过有悬浮颗粒的流体媒介时，悬浮颗粒开始与媒介一起振动但由于大小不同的颗粒具有不同的相对振动速度，颗粒将会相互碰撞、粘合，体积和质量都变大继而由于颗粒变大不能跟随声振动运动，而是作无规则运动，继续碰撞、粘合、变大，最后沉降下来)，使得该发明能够有效对空气中的放射性气溶胶进行清除。

本发明提供了一种空气中放射性气溶胶消除装置，该装置包括：

设备主体，于所述设备主体的顶端开设有进气口，于所述设备主体的底端开设有出气口，于所述设备主体内设置有安装室；

设置于所述安装室内、用于对气体进行过滤的过滤设备，所述过滤设备包括有一级过滤组件以及二级过滤组件，于所述安装室内、自所述进气口朝向所述出气口方向、所述一级过滤组件以及所述二级过滤组件依次排列设置，所述一级过滤组件以及所述二级过滤组件间隔设置、并形成有处理空间；

用于对气体中小颗粒分子进行超声波处理的超声波处理组件，所述超声波处理组件设置于所述处理空间内，所述超声波处理组件包括有超声波发生器以及超声波反射板，所述超声波发生器连接有换能器辐射头，所述换能器辐射头与所述超声波反射板相对设置，所述换能器辐射头与所述超声波反射板间隔设置、并形成有用于气体通过的超声波处理通过通道；

用于对微小颗粒进行静电除尘的静电除尘系统，所述静电除尘系统设置于所述安装室内、并位于所述二级过滤组件的下端，所述静电除尘系统包括有静电除尘单元，所述静电除尘单元设置有多个，全部的所述静电除尘单元横向排列设置，相邻的两个所述静电除尘单元之间形成有用于气体通过的静电处理通道；

于所述静电除尘系统的下端设置有用于加速气体流通的风机，所述风机设置于所述安装室内、并与所述出气口相对设置。

优选地，本发明还包括有冷却系统，所述冷却系统包括有水箱、水泵以及冷却水管，所述冷却水管设置于所述超声波发生器上，所述冷却水管的两端与所述水箱连通、形成有冷却水循环回路，所述水泵设置于所述冷却水管上、用于实现冷却水的循环流通。

优选地，所述一级过滤组件包括有预过滤器以及中效过滤器，所述预过滤器以及所述中效过滤器于所述安装室内罗列设置，所述预过滤器设置于所述中效过滤器的上侧。

优选地，所述预过滤器包括有过滤器构架以及滤布，所述过滤器构架设置于所述安装室内、并与所述安装室的内壁固定连接，所述滤布罩设于所述过滤器构架上。

优选地，于所述静电除尘系统的下侧设置有漏斗状的集气罩，所述集气罩上开设有集气口，所述风机设置于所述集气口上。

优选地，于所述安装室内设置有探测器，所述探测器设置于所述风机以及所述出气口之间。

优选地，所述进气口开设有多个，全部的所述进气口围绕所述设备主体等间隔设置；于所述进气口上设置有进气百叶窗组件。

优选地，所述设备主体包括有设备外壳以及设备内壁，所述设备内壁设置于所述设备外壳内、并形成所述安装室，于所述设备外壳上设置有所述进气口以及所述出气口；于所述设备外壳以及所述设备内壁之间设置有隔音棉。

(三)有益效果

基于上述结构设计，在本发明使用过程中，含有杂质的气体先通过孔径较大的过滤装置对空气进行初步过滤，之后提升滤网性能进一步进行过滤。考虑到此时大多数气溶胶颗粒已被滤除，可以应用超声波在封闭空间被产生的驻波对剩余的空气进行照射，使得直径较小的颗粒在震动的过程中互相接触凝聚。之后，使用高效过滤网进行最终过滤。这样层层过滤，使得过滤效果得到明显的提升。本发明的改进重点在于：结合了过滤技术和超声凝聚技术(当超声波通过有悬浮颗粒的流体媒介时，悬浮颗粒开始与媒介一起振动但由于大小不同的颗粒具有不同的相对振动速度，颗粒将会相互碰撞、粘合，体积和质量都变大继而由于颗粒变大不能跟随声振动运动，而是作无规则运动，继续碰撞、粘合、变大，最后沉降下来)，使得该发明能够有效对空气中的放射性气溶胶进行清除。

附图说明

图1为本发明实施例中空气中放射性气溶胶消除装置的结构示意图；

在图1中，部件名称与附图编号的对应关系为：

设备主体1、进气口2、二级过滤组件3、超声波发生器4、

超声波反射板5、换能器辐射头6、静电除尘单元7、

静电处理通道8、风机9、预过滤器10、中效过滤器11、

集气罩12、探测器13、隔音棉14。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1，图1为本发明实施例中空气中放射性气溶胶消除装置的结构示意图。

本发明提供了一种空气中放射性气溶胶消除装置，用于对气体中包含的颗粒物杂质(尤其是具有放射性的颗粒物、胶状物)进行高效清除。

在本发明的一个实施方式中，该放射性气溶胶消除装置包括有如下组成部分：

1、设备主体

在本发明中，设备主体1可以采用圆柱体结构设计，也可以采用长方体或者其他柱体结构。在使用时，设备主体1竖直放置，在设备主体1的顶端开设了进气口2，于设备主体1的底端开设了出气口，于设备主体1内设置有安装室。基于该结构设计，在安装室内设置有能够对气体进行过滤的过滤设备，含有杂质的空气由进气口2进入到设备主体1内，在经过安装室的过程中，由过滤设备进行过滤，之后洁净的气体由出气口排出，从而实现气体净化。

2、过滤设备

过滤设备用于实现气体过滤，过滤设备设置在安装室内，过滤设备包括有一级过滤组件以及二级过滤组件3，于安装室内、自进气口2朝向出气口方向、一级过滤组件以及二级过滤组件3依次排列设置，一级过滤组件以及二级过滤组件3间隔设置、并形成有处理空间。

在本发明的一个实施方式中，一级过滤组件包括有预过滤器10以及中效过滤器11，预过滤器10以及中效过滤器11于安装室内罗列设置，预过滤器10设置于中效过滤器11的上侧。其中，预过滤器10包括有过滤器构架以及滤布，过滤器构架设置于安装室内、并与安装室的内壁固定连接，滤布罩设于过滤器构架上。

在本发明中，预过滤器10主要用于截留5mm以上的悬浮性微粒和10mm以上的尘降性微粒以及各级异物。过滤器构架采用不锈钢框架结构，滤布采用23mm厚的G3级无纺布制成，通过卡槽的方式固定在过滤器构架上。过滤器构架可以通过螺栓、卡接等方式固定设置在安装室内。

中效过滤器11用于过滤掉大部分1mm～10mm的悬浮性微粒，根据结构及技术指标，中效过滤器11选用VE01型核级中效过滤器，该中效过滤器11技术参数如下：过滤效率：45％(计数法，>0.5mm)；初阻力：≤100Pa；额定风量：3400m3/h。

3、超声波处理组件

超声波处理组件用于对气体中小颗粒分子进行超声波处理，超声波处理组件设置于处理空间内，超声波处理组件包括有超声波发生器4以及超声波反射板5，超声波发生器4连接有换能器辐射头6，换能器辐射头6与超声波反射板5相对设置，换能器辐射头6与超声波反射板5间隔设置、并形成有用于气体通过的超声波处理通过通道。

超声波处理组件由超声波发生器4以及反射板构成，超声波处理组件用于产生一定频率和振幅的超声波。超声波发生器4以及反射板构成一个声波通过通道，由换能器辐射头6(换能器)向反射板发射超声波形成超声波声场。气体通过声波通过通道时，气溶胶粒子与气体一起振动，粒子之间相互碰撞、摩擦、粘合，部分粒子被电离，最终形成大颗粒并增加了荷电量，这样有利于高效过滤器及静电除尘器对粒子的收集。选择适当的超声波频率和振幅，可以将未过滤掉的亚微米级气溶胶粒子凝聚为微米量级粒子，以提高后续高效过滤器及高压静电除尘器的收集效率。

超声波发生器4用于产生一定频率和振幅的超声波，并通过换能器和振动圆盘将超声波辐射到空气中。根据方案设计及技术要求，超声波发生器4选用ACQ-600型超声波发生器，该超声波发生器4的技术参数如下：发生器频率：20kHz；振幅：20μm。

为了解决空气与换能器的声阻抗严重失配问题，本发明采用由纵向振动夹心式换能器与弯曲振动薄圆盘组成的复合式换能器。换能器辐射头6技术参数如下：圆盘直径：270mm；厚度：3mm；材料：硬铝。

超声波反射板5置于换能器对面，用于反射振动圆盘发射的超声波，在换能器与反射板之间形成超声波驻波场，增强气溶胶粒子的凝聚效果。要形成驻波场，换能器与反射板之间的间距需满足以下关系式：

式中：λ－超声波波长，长度单位为mm，n＝0,1,2,…。

在本发明的一个具体实施方式中，安装室内形成的风道，其横截面大小为610mm×610mm，20kHz的超声波波长为17mm，因此间距取d＝150mm。直接以内壁钢质金属材料为反射板，超声到达反射板时，波阵面会变大，因此反射高度设计为180mm，长度610mm。

4、静电除尘系统

静电除尘系统用于对微小颗粒进行静电除尘，静电除尘系统设置于安装室内、并位于二级过滤组件3的下端，静电除尘系统包括有静电除尘单元7，静电除尘单元7设置有多个，全部的静电除尘单元7横向排列设置，相邻的两个静电除尘单元7之间形成有用于气体通过的静电处理通道8。

静电除尘系统采用高压静电除尘，静电除尘系统功能是对高效过滤器无法过滤的小粒径气溶胶粒子进行收集过滤。

静电除尘系统工作原理：系统产生的高压对气体进行电离，使气体中的气溶胶粒子荷电，荷电粒子在通过静电场的过程中被收集，有利于操作场所空气中的钚以及其它微小气溶胶粒子的去除。

静电除尘系统采用双区正电晕放电，减少臭氧和氮氧化物的产生。电晕区由电晕线和极板组成，电晕线加高压后使周围气体电离，气溶胶粒子在气体电离过程中荷电。

电晕电压Uc由下式计算：

参照电除尘的工业应用，电晕线采用钨丝制成的圆形线，线半径0.2mm，极板间距30mm，相邻极板间电晕线数目为1，极板高度50mm，长度为风道宽度610mm，由上述公式计算得到电晕线电压等于8000V。

静电除尘系统由静电除尘单元7组成，静电除尘单元7由收尘极板和电极板组成，用于收集荷电气溶胶粒子。集尘板中间的电极板加正高压，板线间产生正电场，带正电荷的气溶胶粒子进入收尘极板通道，在正电场作用下被收尘极板收集。

电极板电压设计计算式如下：

U₀＝E₀b

参照电除尘的工业应用，收尘极板间距2b＝10mm，平均电场强度E₀为8kV/cm左右，代入上述公式得U₀＝4000V，收尘极板与电极板均采用厚度为0.23mm铝金属板。为了与风道尺寸相符，单个收尘极板高度610mm。

收尘极板高度设计如下：收尘极板高度L与总面积A存在如下关系式：

式中：N－极板通道个数，N＝610/2b；L－收尘极板高度，单位为米。

参照电除尘器的相关经验值，室内净化器粉尘(小于0.1μm)有效驱进速度取0.1m/s，除尘效率设计为85％。为防止风道气体将收尘极板表面灰尘带入风机9，收尘极板表面喷涂粘附剂。根据设计要求，高压静电除尘系统选的技术参数如下：电晕电压：8000V；收尘电压：4000V；除尘效率：大于85％。

5、风机

风机9设置在静电除尘系统的下端，有用于加速气体流通。风机9设置于安装室内、并与出气口相对设置。风机9使装置内部风道产生负压，外界空气进入风道并被过滤，过滤后气体通过风机9排出装置。依据操作间大小、装置风道气流阻力及工作环境噪声限制，设计风机工作参数并选择风机的型号。风机9的技术参数为：最大风量为1300m³/h，最大风压800Pa，噪音指数79dB。

在上述设计中，二级过滤组件3为高效过滤器，高效过滤器用于过滤0.3mm以上的细小粒径气溶胶粒子。根据结构及技术指标，高效过滤器选用VM03型核级高效过滤器。VM03型核级高效过滤器技术参数如下，过滤效率：≥99.99％(钠焰法)；初阻力：≤325Pa；额定风量：3400m³/h。

本发明还提供了冷却系统，冷却系统包括有水箱、水泵以及冷却水管，冷却水管设置于超声波发生器4上，冷却水管的两端与水箱连通、形成有冷却水循环回路，水泵设置于冷却水管上、用于实现冷却水的循环流通。冷却系统用于为超声波发生器4长期正常工作提供冷却保障，使其能够进行持续、高效运行。

在静电除尘系统的下侧设置有漏斗状的集气罩12，集气罩12上开设有集气口，风机9设置于集气口上。

在本发明中，于安装室内设置有探测器13，探测器13设置于风机9以及出气口之间。

具体地，进气口2开设有多个，全部的进气口2围绕设备主体1等间隔设置；于进气口2上设置有进气百叶窗组件。

为了降低设备运行噪声，本发明对设备主体1进行了如下优化设计：设备主体1包括有设备外壳以及设备内壁，设备内壁设置于设备外壳内、并形成安装室，于设备外壳上设置有进气口2以及出气口；于设备外壳以及设备内壁之间设置有隔音棉14。

整体设计

壳体材料采用不锈钢，双层结构，在风机9小室内部填充吸音材料，可以有效降低风机9的噪声；中、高效过滤器可以进行更换，以保持过滤器长期工作时的过滤效率。平时，出口由密封圈、密封门紧固密封；为了保持工作的稳定性，将配重均匀分布在装置的各个部位，确保了整体重心低于中心线；在底部安装了4个万向轮，可以便于装置的移动。

工作原理

系统通电后，首先进行系统自检，显示系统状态信息，然后读取键盘信息，当按下“启动”键后，依次打开风机9、超声波、辐射水平测量装置、压力差测量装置。此时，风机9产生吸力，在装置风道内形成负压，环境空气由壳体上部进风口进入风道，首先通过预过滤器10过滤掉空气中的灰尘和大粒径气溶胶粒子，然后通过中效过滤器11过滤掉中等粒径的粒子进入超声波凝聚区，在超声波作用下，粒子之间相互振动、摩擦、粘合，形成大粒径粒子并增加了荷电量，再经高效过滤器过滤掉粒径大于0.3μm的气溶胶粒子，通过三级过滤后，空气中气溶胶粒子粒径小于0.3μm，最后经过静电除尘区，粒子荷电并被收尘极板收集，过滤后的空气被风机9排入环境中。

在本发明中，控制系统的构成结构为：以8051单片机为主控芯片，主要包括状态监测模块、异常报警模块、外设控制模块、人机交互模块、电源模块。

上述各模块功能如下：

a)主控模块主要由STC11F16XE为核心的单片机最小系统组成，负责管理所有控制功能，包括放射性水平实时监测与报警、过滤器实时监测与报警、风机9控制、超声波控制、液晶显示、按键响应等。

b)状态监测模块包括放射性水平实时监测模块和过滤器状态实时监测模块。放射性水平实时监测模块由ST1221闪烁体探测器13、高压模块CC228P-01Y、D/A转换器TLC5620、集成放大器LM324、接口电路组成，主要完成α、β放射性水平的实时监测功能；过滤器状态实时监测模块由CYB-18防腐差压变送器、A/D转换器MAX197组成，主要完成过滤器两侧空气压力差实时采集功能。

c)外设控制模块包括风机9控制模块、静电除尘系统控制模块、超声波发生器4控制模块，由ULN2003、SSR-10固态继电器组组成，主要完成风机9、静电除尘系统、超声波发生器4的启动和停止功能。

d)异常报警模块由声、光报警芯片组成，主要完成芯片异常报警、放射性泄露报警、过滤器失效报警的功能。

e)人机交互模块包括启动、停机、复位按钮和液晶显示模块，主要功能为响应按钮功能、实时显示放射性水平和过滤器压力差，当出现异常情况时实时显示报警信息。

f)电源模块为明纬Q-120D，为控制模块、压差模块、辐射水平测量模块提供低压直流电源。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (6)

1.一种空气中放射性气溶胶消除装置，其特征在于，包括：

设备主体(1)，于所述设备主体的顶端开设有进气口(2)，于所述设备主体的底端开设有出气口，于所述设备主体内设置有安装室；

设置于所述安装室内用于对气体进行过滤的过滤设备，所述过滤设备包括有一级过滤组件以及二级过滤组件(3)，于所述安装室内自所述进气口朝向所述出气口方向所述一级过滤组件以及所述二级过滤组件依次排列设置，所述一级过滤组件以及所述二级过滤组件间隔设置并形成有处理空间；

所述一级过滤组件包括有预过滤器(10)以及中效过滤器(11)，所述预过滤器以及所述中效过滤器于所述安装室内罗列设置，所述预过滤器设置于所述中效过滤器的上侧；所述预过滤器包括有过滤器构架以及滤布，所述过滤器构架设置于所述安装室内并与所述安装室的内壁固定连接，所述滤布罩设于所述过滤器构架上；

用于对气体中小颗粒分子进行超声波处理的超声波处理组件，所述超声波处理组件设置于所述处理空间内，所述超声波处理组件包括有超声波发生器(4)以及超声波反射板(5)，所述超声波发生器连接有换能器辐射头(6)，所述换能器辐射头与所述超声波反射板相对设置，所述换能器辐射头与所述超声波反射板间隔设置并形成有用于气体通过的超声波处理通过通道；

用于对微小颗粒进行静电除尘的静电除尘系统，所述静电除尘系统设置于所述安装室内并位于所述二级过滤组件的下端，所述静电除尘系统包括有静电除尘单元(7)，所述静电除尘单元设置有多个，全部的所述静电除尘单元横向排列设置，相邻的两个所述静电除尘单元之间形成有用于气体通过的静电处理通道(8)；

所述预过滤器能够过滤掉空气中的灰尘和大粒径气溶胶粒子，所述中效过滤器能够过滤掉中等粒径的粒子，然后，环境空气进入所述超声波处理组件，在超声波作用下，粒子之间相互振动、摩擦、粘合，形成大粒径粒子并增加了荷电量，再经所述二级过滤组件过滤掉粒径大于0.3μm的气溶胶粒子，此时空气中气溶胶粒子粒径小于0.3μm，最后经过静电除尘区，粒子荷电并被收集；

于所述静电除尘系统的下端设置有用于加速气体流通的风机(9)，所述风机设置于所述安装室内并与所述出气口相对设置。

2.根据权利要求1所述的空气中放射性气溶胶消除装置，其特征在于，

还包括有冷却系统，所述冷却系统包括有水箱、水泵以及冷却水管，所述冷却水管设置于所述超声波发生器上，所述冷却水管的两端与所述水箱连通并形成有冷却水循环回路，所述水泵设置于所述冷却水管上，用于实现冷却水的循环流通。

3.根据权利要求1所述的空气中放射性气溶胶消除装置，其特征在于，

于所述静电除尘系统的下侧设置有漏斗状的集气罩(12)，所述集气罩上开设有集气口，所述风机设置于所述集气口上。

4.根据权利要求1所述的空气中放射性气溶胶消除装置，其特征在于，

于所述安装室内设置有探测器(13)，所述探测器设置于所述风机以及所述出气口之间。

5.根据权利要求1所述的空气中放射性气溶胶消除装置，其特征在于，

所述进气口开设有多个，全部的所述进气口围绕所述设备主体等间隔设置；

于所述进气口上设置有进气百叶窗组件。

6.根据权利要求1至5任一项所述的空气中放射性气溶胶消除装置，其特征在于，

所述设备主体包括有设备外壳以及设备内壁，所述设备内壁设置于所述设备外壳内并形成所述安装室，于所述设备外壳上设置有所述进气口以及所述出气口；

于所述设备外壳以及所述设备内壁之间设置有隔音棉(14)。