CN108722081B - 一种仿生鼻智能气体过滤系统及气体过滤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生鼻智能气体过滤系统及气体过滤方法，该系统包括壳体(1)，其内设有腔体(1‑1)；腔体(1‑1)内分别设有第一粉尘多孔滤网(11)、第二选择性多孔滤网(10)和第三选择性多孔滤网(12)；壳体(1)的上方设功能性液体容器(6)，其内部存储有多种功能性液体和多种洗涤剂以及各液体的控制装置；上盖板(2)的底部设气体传感器(4)，气体传感器(4)用于分析所需过滤的气体的成分，并将信息转换成相应的电信号；还包括控制电路(3)，接受来自气体传感器(4)的电信号，并分析这些信息从而发出相应的控制指令给洗涤剂和功能性液体容器(6)。本发明能够使装置具有较强的抗污染性能和较高的过滤效率；装置可以在不更换滤膜的情况下长期进行使用。

Description

一种仿生鼻智能气体过滤系统及气体过滤方法

技术领域

本发明涉及气体过滤领域。具体涉及一种仿生鼻智能气体过滤系统及气体过滤方法。

背景技术

鼻子的过滤洁净作用是因为鼻子有三道防线来对付含有灰尘、细菌、病毒或霉菌的空气。第一道防线是鼻前孔的鼻毛，它就象洞口的荆棘一样，可以挡住较大的灰尘。第二道防线是最重要的，就是粘膜中的纤毛运动。粘膜纤毛的表面有一层粘液毯，能够粘住细菌或灰尘颗粒，把它们送到鼻后孔排出。第三道防线就是粘液层中含有的溶菌酶、干扰素和分泌性等抗体，它们能克制许多的细菌病毒。经过上面三道防线的洗礼，通过鼻腔进入人体中的气体就变得干净。

随着科学技术的发展，工业的发展也一直走在前进的路上，伴随着出现的是一系列环境污染的问题，大气环境的恶化也势必严重威胁人类的健康。为了进一步控制汽车尾气，雾霾、粉尘的影响，许多的净化装置被发明和改良，比如有根据自然生态空气净化原理进行的仿人类鼻肺过滤系统、仿生湿事防霾口罩、液态空气净化器、以粘附及吸附方式净化的口鼻罩等。综合上述各类过滤方法，一方面，有些存在着过滤效率较低、过滤或净化的气体单一性、过滤装置复杂、易污染、使用寿命有限等问题，即使有些装置通过更换滤膜和滤芯填充物来保证过滤器的长效使用性能，但是频繁地更换也影响了装置使用的方便性，这样装置的抗污染性也会有所降低。另一方面，这类过滤装置或者方法应用领域局限性较大，装置尺度的灵活性也有所限制，即装置的通用性欠佳。

此外，现有的各种方法或者装置虽然有一部分提供了滤网可更换的形式，但绝大部分的更换方法都是手动形式的，而且不能对过滤之前的气体进行成分分析，从而进行有效的选择性过滤掉有毒成分或需要排除的部分，即气体的过滤效果单一，气体过滤一致性低。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供了一种仿生鼻智能气体过滤系统及气体过滤方法

本发明的技术方案如下：

一种仿生鼻智能气体过滤系统，它包括壳体(1)，其内设有腔体(1-1)；壳体(1)的一端设有进气口(1-2)，另一端设有出气口(1-3)，其特征在于：壳体(1)底部设有排液槽(1-4)；壳体(1)底部设有上盖板(2)，上盖板(2)开有两个连通上盖板上下表面的梯形槽(2-1)；

腔体(1-1)内，在进气口(1-2)和出气口(1-3)之间分别设有第一粉尘多孔滤网(11)、第二选择性多孔滤网(10)和第三选择性多孔滤网(12)；第二选择性多孔滤网(10)和第三选择性多孔滤网(12)上端分别连接于上盖板(2)的两个梯形槽(2-1)，下端和壳体(1)底部的排液槽(1-4)连接；

壳体(1)的上方设功能性液体容器(6)，其内部存储有多种功能性液体和多种洗涤剂以及各液体的控制装置，并接受接收来自控制电路(3)的操作指令选择性地将存储在其中的洗涤剂或者功能性液体从储液槽中排出；

上盖板(2)的底部设气体传感器(4)，气体传感器(4)用于分析所需过滤的气体的成分，并将信息转换成相应的电信号；

还包括控制电路(3)，接受来自气体传感器(4)的电信号，并分析这些信息从而发出相应的控制指令给功能性液体容器(6)。

在本发明的较佳实施例中，气体传感器(4)位于第一粉尘多孔滤网(11)和第二选择性多孔滤网(10)之间。

在本发明的较佳实施例中，两道选择性多孔滤网的滤膜分别选择亲水滤网或疏水滤网。

在本发明的较佳实施例中，功能性液体中添加化学吸附试剂、溶菌酶和/或抗体。

本发明的又一技术方案为：

一种仿生鼻智能气体过滤方法，它采用前述的仿生鼻智能气体过滤系统，步骤包括：

1)气体从进气口(1-1)进入，流经第一粉尘多孔滤网(11)后，颗粒物被过滤，气体传感器(4)将气体进行感应检测，将检测得到的电信号传递给控制电路(3)；

2)根据传来的电信号，控制电路(3)中的信号处理器对其分析得到气体成分的具体信息，从而确定需要过滤排除的气体成分信息，并将该信息转换成控制指令给功能性液体容器(6)；

3)功能性液体容器(6)根据传来的控制指令开放其内部中存储有与待过滤气体相适应的功能性液体的储液池的排液口，功能液流经梯形槽(2-1)，进入选择性多孔滤网，使其具有选择性过滤功能；

4)功能液体流出的速度可控，根据所测待过滤气体成分浓度调节流速；气体浓度高，相对应的增加功能液体流速，提高过滤效率；

4)气体通过吸附液体的第二选择性多孔滤网(10)；根据该功能液的性质，需排除过滤的气体成分与之进行反应，被转化或滞留在这层滤网上，完成待过滤气体中第一次功能性成分过滤；

5)不反应的气体通过第二选择性多孔滤网(10)的孔隙，到达第三选择性多孔滤网(12)，完成待过滤气体中第二次功能性成分过滤。

在本发明的较佳实施例中，第三选择性多孔滤网(12)附有与第二选择性多孔滤网(10)相同或相异的功能性液体。

在本发明的较佳实施例中，还包括步骤6)，得到过滤后的洁净气体后，利用该装置过滤另外的气体，控制电路(3)发送相应的指令给功能性液体容器(6)，释放与上一次过滤操作释放的功能性液体相适应的洗涤剂，对选择性多孔滤网进行洗涤，待洗涤干净后，控制电路(3)根据新检测得到的气体成分再进行对功能性液体的排放控制，从而进行新的过滤操作。

本发明过滤装置具有以下优点：本发明提供一种由多种吸附功能液体的滤膜实现气体过滤的方法，功能液体在滤膜上可以定速流动，同时在入口辅以气体阵列传感器以实现智能液体选择和过滤。利用该方法制造得到的装置使用寿命长，气体过滤主要由液相实现，使液体滤膜复合体系具有气体吸附选择性，对滤膜污染小。吸附化学成分后的液体顺着滤膜往下流，其废液由排出口排出。装置整合了传感器与控制模块使得装置具有智能控制的功能，从功能上实现仿生鼻的要求时也赋予了其控制上的智能优化。

1)能够使装置具有较强的抗污染性能和较高的过滤效率；

2)装置可以在不更换滤膜的情况下长期进行使用；

3)装置可以根据过滤气体成分的分析，按要求智能地选择功能液体对气体进行过滤，提高适用性；

4)装置的稳定性高，过滤气体的一致性好；

5)智能化的装置使得过滤操作简单快捷，设计人性化。

本发明基于人体鼻子通过三道防线对气体进行过滤的过滤原理，并且还能对气体进行选择性地过滤，以及过滤装置的高通用性和长使用寿命，同时降低成本。本发明方法以及装置可用于建筑物、机舱、船舱等开敞或封闭的进风系统进行空气净化，也适用于烟尘、汽车尾气等的净化治理以及防尘面罩的应用，也可用于实验室中废气，包括毒性气体的选择性吸收与过滤。

附图说明

图1为过滤装置结构纵向剖面图；

图2为气体过滤原理图；

图3为液体浸润选择性多孔滤网图。

具体实施方式

下面结合附图与具体的实施步骤对本发明进行进一步的说明。

参见图1，一种仿生鼻智能气体过滤系统，它包括：

壳体1，其内设有腔体1-1。壳体1的一端设有进气口1-2，另一端设有出气口1-3，底部开有滤膜洗涤废液或者功能性液体的排液槽1-4；在以下描述中，以进气口1-2的一端为前端，出气口1-3的一端为后端。

上盖板2，设于壳体1顶部，上盖板2开有两个梯形槽2-1作为功能性液体的入液口。这两个梯形槽2-1连通上盖板2的上下表面。在其它的实施例中，梯形槽也可替换为其它形状。

腔体1-1内，在进气口1-2和出气口1-3之间分别设有第一粉尘多孔滤网11、第二选择性多孔滤网10和第三选择性多孔滤网12。这两道选择性多孔滤网上端分别连接于上盖板2的两个梯形槽2-1，下端分别连接排液槽1-4。

其中，第一粉尘多孔滤网11由多层较大孔径薄膜叠加而成，用于吸附颗粒物，过滤气体中的粉尘等颗粒物，模拟鼻腔第一道防线；

两道选择性多孔滤网的滤膜可根据应用环境及功能性液体分别选择亲水滤网或疏水滤网。亲水滤网材料可选乙基纤维素、聚乙烯醇等。疏水滤网材料可选聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等。备选滤网过滤气体浸润为水相功能性液体或粘稠型功能性液体(如凝胶)，模拟鼻腔的第二道防线。功能性液体中可添加化学成分用于过滤气体中的有害化学成分，或生物成分如溶菌酶、抗体等，用于过滤气体中的细菌或病菌，便是加入了第三道防线。比如，针对酸性气体，可在过滤液中添加碱性无机盐；对于挥发性有机气体如甲醛，可以添加弱氧化性溶剂还原成甲酸；对于其他毒性废气，针对性地选用与要吸附的气体相适应的反应溶剂，配置特定功能的过滤网洗涤剂。

气体传感器4，设于壳体1内、上盖板2的底部，在本实施例中，位于第一粉尘多孔滤网11和第二选择性多孔滤网10之间。在其它的实施例中，也可以设于壳体1的其它部位，例如第一粉尘多孔滤网11前面。气体传感器4用于分析所需过滤的气体的成分，并将信息转换成相应的电信号；

控制电路3，接受来自气体传感器4的电信号，并分析这些信息从而发出相应的控制指令；

控制电路3与功能性液体容器6之间，以及控制电路3与气体传感器4之间设有用于连接的线束5；

壳体1的上方设功能性液体容器6，其内部存储有多种功能性液体和多种洗涤剂以及各种液体的控制装置，并接受接收来自控制电路3的操作指令选择性地将存储在其中的洗涤剂或者功能性液体从储液槽中排出；

导液管7，作为功能性液体容器6中洗涤剂或功能性液体的流出通道，其出口端连接上盖板2的梯形槽2-1；

壳体1的排液槽1-4连接有排液管8，用于将洗涤废液与功能性液体排出装置的排液管道；排液管8的出口端设废液池9，用于收集洗涤完选择性多孔滤网得到的洗涤废液以及浸润功能性液体时排出的多余部分，便于这些液体的处理。本发明装置的壳体1有排液槽1-4，使外界与9选择性多孔滤网底部连接，方便洗涤剂对功能性液体进行洗涤后所形成的废液以及过滤前导入的多余功能性液体的排出。

上盖板2开有两个梯形槽2-1，功能性液体和洗涤剂导入槽口中，其将在重力作用下润湿整块选择性多孔滤网(10或12)，导入的如果是功能性液体，滤网可具有选择性地使某些气体不通过的功能，两块选择性多孔滤网同时改性还可起到多重选择的功能，如果两块通入的功能性液体一样，可以使过滤的气体更洁净。根据气体过滤要求的变化，需要使用不同的功能性液体，这时候需要对前一次的功能性液体进行处理，具体方法就是在梯形槽2-1中通入相应的洗涤剂，使之与功能性液体进行反应，之后顺流而下，流入排液口排出。特殊的，也可以满足边过滤边通入功能性液体的功能，以使所需气体高度清洁化。

本发明的智能过滤装置进行过滤工作的过程如下，参见图2和图3：

1)气体从进气口1-1进入，流经第一粉尘多孔滤网11后，颗粒物被过滤，气体传感器4将对气体进行感应检测，将检测得到的电信号传递给控制电路3。

2)根据传来的电信号，控制电路3中的信号处理器对其分析得到气体成分的具体信息，从而确定需要过滤排除的气体成分信息，并将该信息转换成控制指令给功能性液体容器6。

3)功能性液体容器6根据传来的控制指令开放其内部中存储有与待过滤气体相适应的功能性液体的储液池的排液口，功能液流经导液管7和上盖板2的梯形槽2-1，进入选择性多孔滤网10和12，使其具有选择性过滤功能。功能液体排放速度取决于所测气体中待过滤成分的浓度，浓度越高，流速越快。

4)由于装置两端存在压差，气体可以顺利通过吸附液体的第二选择性多孔滤网10。由于第二选择性多孔滤网10已被选择性地浸润了的功能性液体，根据该功能液的性质，需排除过滤的气体成分与之进行反应，被转化或滞留在这层滤网上，完成了待过滤气体中某种成分过滤。

5)不反应的气体通过第二选择性多孔滤网10的孔隙，到达第三选择性多孔滤网12，由于该层滤网也具有与第二选择性多孔滤网10相同或相异的功能性液体附着，到达的气体也会与之进行相应的反应，若两层选择性多孔滤网的功能液体相同，在第二层未被滤过的少部分气体将在第三层被转化或滞留，最终得到的气体将更洁净地不含有某种成分。如果两层选择性多孔滤网上的功能性液体相异，气体中的另一种成分将在这里被反应而过滤，最终，从出气口处得到的气体将是根据要求保留了相关成分的结净气体。

6)得到过滤后的洁净气体后，如果要利用该装置过滤另外的气体，控制电路3会发送相应的指令给功能性液体容器6，释放与上一次过滤操作释放的功能性液体相适应的洗涤剂，对选择性多孔滤网进行洗涤，待洗涤干净后，控制电路3根据新检测得到的气体成分再进行对功能性液体的排放控制，从而进行新的过滤操作。

综合上述说明，本发明可以智能且有效地对气体进行选择性的过滤，由于多孔滤网的结构和及相对较大的尺度，使得滤网的过滤效果有所增强。并且利用该种过滤方式，装置的适用范围能够得到扩大，通用性好。利用液相过滤的方式也使得过滤成本和装置的抗污染性得到很好地改善。

Claims (8)

1.一种仿生鼻智能气体过滤系统，包括壳体(1)，其内设有腔体(1-1)；壳体(1)的一端设有进气口(1-2)，另一端设有出气口(1-3)，其特征在于：壳体(1)底部设有排液槽(1-4)；壳体(1)顶部设有上盖板(2)，上盖板(2)开有两个连通上盖板上下表面的梯形槽(2-1)；

腔体(1-1)内，在进气口(1-2)和出气口(1-3)之间分别设有第一粉尘多孔滤网(11)、第二选择性多孔滤网(10)和第三选择性多孔滤网(12)；第二选择性多孔滤网(10)和第三选择性多孔滤网(12)上端分别连接于上盖板(2)的两个梯形槽(2-1)，下端和壳体(1)底部的排液槽(1-4)连接；

壳体(1)的上方设洗涤剂和功能性液体容器(6)，其内部存储有多种功能性液体以及各液体的控制装置，并接受接收来自控制电路(3)的操作指令选择性地将存储在其中的洗涤剂或者功能性液体从储液槽中排出；

上盖板(2)的底部设气体传感器(4)，气体传感器(4)用于分析所需过滤的气体的成分，并将信息转换成相应的电信号；

还包括控制电路(3)，接受来自气体传感器(4)的电信号，并分析这些信息从而发出相应的控制指令给功能性液体容器(6)。

2.如权利要求1所述的一种仿生鼻智能气体过滤系统，其特征在于：气体传感器(4)位于第一粉尘多孔滤网(11)和第二选择性多孔滤网(10)之间。

3.如权利要求1所述的一种仿生鼻智能气体过滤系统，其特征在于：两道选择性多孔滤网的滤膜分别选择亲水滤网或疏水滤网。

4.如权利要求1所述的一种仿生鼻智能气体过滤系统，其特征在于：功能性液体中添加化学成分用于去除气体中的有害化学成分、或生物成分用于去除气体中的有害生物成分。

5.如权利要求4所述的一种仿生鼻智能气体过滤系统，其特征在于：所述的生物成分包括溶菌酶和/或抗体。

6.一种仿生鼻智能气体过滤方法，采用权利要求1至5任一项的仿生鼻智能气体过滤系统，步骤包括：

1)气体从进气口(1-2)进入，流经第一粉尘多孔滤网(11)后，颗粒物被过滤，气体传感器(4)将气体进行感应检测，将检测得到的电信号传递给控制电路(3)；

2)根据传来的电信号，控制电路(3)中的信号处理器对其分析得到气体成分的具体信息，从而确定需要过滤排除的气体成分信息，并将该信息转换成控制指令给功能性液体容器(6)；

3)功能性液体容器(6)根据传来的控制指令开放其内部中存储有与待过滤气体相适应的功能性液体的储液池的排液口，并根据气体浓度信号控制排液速度；功能液流经梯形槽(2-1)，进入选择性多孔滤网，使其具有选择性过滤功能；

4)气体通过吸附液体的第二选择性多孔滤网(10)；根据该功能液的性质，需排除过滤的气体成分与之进行反应，被转化或滞留在这层滤网上，完成待过滤气体中第一次功能性成分过滤；

5)不反应的气体通过第二选择性多孔滤网(10)的孔隙，到达第三选择性多孔滤网(12)，完成待过滤气体中第二次功能性成分过滤。

7.如权利要求6所述的一种仿生鼻智能气体过滤方法，其特征在于：第三选择性多孔滤网(12)附有与第二选择性多孔滤网(10)相同或相异的功能性液体。

8.如权利要求6所述的一种仿生鼻智能气体过滤方法，其特征在于：还包括步骤6)，得到过滤后的洁净气体后，利用该装置过滤另外的气体，控制电路(3)发送相应的指令给功能性液体容器(6)，释放与上一次过滤操作释放的功能性液体相适应的洗涤剂，对选择性多孔滤网进行洗涤，待洗涤干净后，控制电路(3)根据新检测得到的气体成分再进行对功能性液体的排放控制，从而进行新的过滤操作。

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