CN108771938A - 一种超声波空气净化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超声波空气净化方法及系统。所述净化方法包括：将超声波发射端与超声波反射端上下相对设置，构成超声波场，所述超声波发射端与所述超声波反射端之间的距离为所述超声波场的宽度；所述超声波发射端向所述超声波场中发射频率循环变化的超声波；在所述超声波场的底端和顶端分别通入污染空气，所述污染空气中的悬浮颗粒受到多次循环超声辐射力，所述悬浮颗粒都移动到了所述超声波场的中间位置通道；将所述悬浮颗粒物从所述超声波场的中间位置通道引出；所述超声波场的底端和顶端将剩余净化后的空气，获得净化空气，并将所述净化空气引出。通过循环变频的超声驻波逐步驱动悬浮颗粒定向运动，脱除空气中的颗粒悬浮物。

Description

一种超声波空气净化方法及系统

技术领域

本发明涉及空气净化领域，特别是涉及一种超声波空气净化方法及系统。

背景技术

随着社会经济的发展，大气中的颗粒污染物大量增多，多个城市雾霾天气频发。雾霾的产生是由于空气中悬浮有大量的颗粒物。颗粒物包括空气动力学当量直径小于或等于2.5微米的细颗粒物和空气动力学当量直径小于或等于10微米的可吸入颗粒物，2.5微米的细颗粒物和10微米的可吸入颗粒物的直径小，表面积大，活性强，易带有毒有害物质，且在大气中的停留时间长，输送距离远，影响身体健康和大气环境质量。

现有技术中的空气净化方法采用声波凝聚脱除粒子法。声波凝聚脱除粒子法采用高强度声场使空气中的微米和亚微米粒子产生相对振动，增加它们的碰撞几率，粒子相互碰撞并粘附形成大一级的团聚物，尺寸变大，之后通过对大颗粒物的清除方法清除团聚物。

声波凝聚脱除粒子法仅仅能够降低空气中的颗粒物的粒子浓度，但是粒子团聚过程不能使全部的粒子粘附在一起，存在粒子残留。对于高浓度的空气，不能彻底脱除2.5微米的细颗粒物和10微米的可吸入颗粒物，对于低浓度的空气，很难发生团聚的现象，对于中浓度的空气，为了实现粒子团聚，需要大幅增大声强，能耗剧增。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够彻底脱除空气中的有害颗粒物的超声波空气净化方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种超声波空气净化方法，所述净化方法包括：

将超声波发射端与超声波反射端上下相对设置，构成超声波场，所述超声波发射端与所述超声波反射端之间的距离为所述超声波场的宽度；

所述超声波发射端向所述超声波场中发射频率循环变化的超声波；

在所述超声波场的底端和顶端分别通入污染空气，所述污染空气中的悬浮颗粒受到多次循环超声辐射力，所述悬浮颗粒都移动到了所述超声波场的中间位置通道；

将所述悬浮颗粒物从所述超声波场的中间位置通道引出；

所述超声波场的底端和顶端将剩余净化后的空气，获得净化空气，并将所述净化空气引出。

可选的，所述超声波发射端与所述超声波反射端之间的距离为100mm。

可选的，所述超声波频率能够形成超声波驻波。

为了实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种超声波空气净化系统，所述净化系统包括：

超声波场构建模块，用于将超声波发射端与超声波反射端上下相对设置，构成超声波场；

超声波发射模块，用于所述超声波发射端向所述超声波场中发射频率循环变化的超声波；

污染空气输入模块，用于在所述超声波场的底端和顶端分别通入污染空气，所述污染空气中的悬浮颗粒受到多次循环超声辐射力，所述悬浮颗粒都移动到了所述超声波场的中间位置通道；

悬浮颗粒物引出模块，用于将所述悬浮颗粒物从所述超声波场的中间位置通道引出；

净化空气引出模块，用于所述超声波场的底端和顶端将剩余净化后的空气，获得净化空气，并将所述净化空气引出。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种超声波空气净化方法及系统，所述超声波发射端向所述超声波场中发射频率循环变化的超声波，污染空气中的悬浮颗粒受到多次循环超声辐射力，所述悬浮颗粒都移动到了所述超声波场的中间位置通道，实现了污染空气在超声驻波的作用下，经历多次循环超声辐射力，使得污染空气中的悬浮颗粒彻底被引入中间位置通道，获得了能够完全脱除各个尺寸粒子的净化空气。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种超声波空气净化方法的流程图；

图2为本发明中的悬浮颗粒收到的超声辐射力的方向示意图；

图3为本发明提供的一种超声波空气净化系统的结构分布图；

图4为本发明提供的循环超声波频率变化规律图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种能够彻底脱除空气中的有害颗粒物的超声波空气净化方法及系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种超声波空气净化方法，所述净化方法包括：

步骤100：将超声波发射端与超声波反射端上下相对设置，构成超声波场，所述超声波发射端与所述超声波反射端之间的距离为所述超声波场的宽度。

步骤200：所述超声波发射端向所述超声波场中发射频率循环变化的超声波。

如图2所示，超声波在所述超声波发射端和所述超声波反射端之间会反复叠加形成高强驻波，驻波波形不会传播，会形成稳定的驻波节点。

如图4所示，发射频率循环变化的超声波的频率的具体变化如图4所示，由于系统的顶端和底端，所述悬浮颗粒的运动状态是对称的，图4中采用一端表示频率变化规律。图4中的短横线表示每个固定频率对应的驻波节点的位置，按照图中的虚线的规律改变超声波的频率，两端的悬浮颗粒将沿着虚线所示的驻波节点逐步移动到中间位置6。

步骤300：在所述超声波场的底端和顶端分别通入污染空气，所述污染空气中的悬浮颗粒受到多次循环超声辐射力，所述悬浮颗粒都移动到了所述超声波场的中间位置通道。

如图2所示，高强驻波产生超声辐射力，污染空气中的悬浮颗粒在超声波场中会受到高强驻波产生的所述超声辐射力，所述超声辐射力使得悬浮颗粒汇集在驻波节点处。

所述悬浮颗粒在高强驻波场中所受到的力F

η＝ρ_p/ρ_l

σ＝r_p/r_l

其中，r表示所述悬浮颗粒的半径，h表示所述悬浮颗粒所在位置与驻波源的距离，C_p,C₁表示超声波的波速，E表示时均声能密度，ρ_p表示所述悬浮颗粒的密度，ρ₁表示空气的密度，r_p表示所述悬浮颗粒的可压缩率，r_l表示空气的可压缩率。

步骤400：将所述悬浮颗粒物从所述超声波场的中间位置通道6引出。

步骤500：所述超声波场的底端和顶端将剩余净化后的空气，获得净化空气，并将所述净化空气引出。

通过改变超声驻波频率使各种尺寸的悬浮颗粒完全脱除掉，同时实现了低能耗的状态下高效彻底无残留地脱除空气中的PM10、PM2.5以及多个尺寸的悬浮颗粒，达到了净化空气的目的。

所述超声波发射端与所述超声波反射端之间的距离为100mm。

所述超声波频率能够形成超声波驻波。

为了实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

如图3所示，一种超声波空气净化系统，所述净化系统包括：

超声波场构建模块1，用于将超声波发射端与超声波反射端上下相对设置，构成超声波场；

超声波发射模块2，用于所述超声波发射端向所述超声波场中发射频率循环变化的超声波；

污染空气输入模块3，用于在所述超声波场的底端和顶端分别通入污染空气，所述污染空气中的悬浮颗粒受到多次循环超声辐射力，所述悬浮颗粒都移动到了所述超声波场的中间位置通道；

悬浮颗粒物引出模块4，用于将所述悬浮颗粒物从所述超声波场的中间位置通道引出；

净化空气引出模块5，用于所述超声波场的底端和顶端将剩余净化后的空气，获得净化空气，并将所述净化空气引出。

如图3所示，通过控制器控制所述超声波发射模块2以特定的循环频率变化规律运行，从净化系统的一侧的顶端和底端通入污染空气，污染空气在向出口流动的过程中，所述悬浮颗粒在竖直方向上受到循环变化的超声辐射力的作用向指定方向移动并最终汇集到所述净化系统中的中间位置6，再通过悬浮颗粒物引出模块4收集所述悬浮颗粒，通过控制所述净化系统两端的污染空气流动的路径的长度和宽度，使得两端的流动的污染空气经历多次循环超声辐射力，使空气流动区域的悬浮颗粒彻底被转移至流动区域外，从另一端出口获得完全脱除空气中的PM10、PM2.5以及多个尺寸的悬浮颗粒，获得净化空气。

本发明的有益效果：基于超声驻波的超声辐射力脱除污染空气中的悬浮颗粒物，采用超声辐射力空间内的所有悬浮颗粒物都会受到超声辐射力而发生聚集并按照规律运动，通过循环变频的超声驻波逐步驱动悬浮颗粒定向运动，脱除空气中的颗粒悬浮物。

对于高浓度的污染空气，能够彻底脱除PM10、PM2.5各尺寸的悬浮颗粒；对于低浓度的污染空气，无需团聚，能够脱除悬浮颗粒，对于中浓度的污染空气，无需增大超声波的强度，就能够实现净化空气的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种超声波空气净化方法，其特征在于，所述净化方法包括：

将超声波发射端与超声波反射端上下相对设置，构成超声波场，所述超声波发射端与所述超声波反射端之间的距离为所述超声波场的宽度；

所述超声波发射端向所述超声波场中发射频率循环变化的超声波；

在所述超声波场的底端和顶端分别通入污染空气，所述污染空气中的悬浮颗粒受到多次循环超声辐射力，所述悬浮颗粒都移动到了所述超声波场的中间位置通道；

将所述悬浮颗粒物从所述超声波场的中间位置通道引出；

所述超声波场的底端和顶端将剩余净化后的空气，获得净化空气，并将所述净化空气引出。

2.根据权利要求1所述的一种超声波空气净化方法，其特征在于，所述超声波发射端与所述超声波反射端之间的距离为100mm。

3.根据权利要求1所述的一种超声波空气净化方法，其特征在于，所述超声波频率能够形成超声波驻波。

4.一种超声波空气净化系统，其特征在于，所述净化系统包括：

超声波场构建模块，用于将超声波发射端与超声波反射端上下相对设置，构成超声波场；

超声波发射模块，用于所述超声波发射端向所述超声波场中发射频率循环变化的超声波；

污染空气输入模块，用于在所述超声波场的底端和顶端分别通入污染空气，所述污染空气中的悬浮颗粒受到多次循环超声辐射力，所述悬浮颗粒都移动到了所述超声波场的中间位置通道；

悬浮颗粒物引出模块，用于将所述悬浮颗粒物从所述超声波场的中间位置通道引出；

净化空气引出模块，用于所述超声波场的底端和顶端将剩余净化后的空气，获得净化空气，并将所述净化空气引出。