CN108855615A - 空气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种空气净化装置，属于空气净化领域。所述空气净化装置包括：外壳，包括进气口和出气口；滤网和网电极，设置于所述外壳内；以及摩擦发电机或直流电源产生器，用于产生电信号，所述电信号通过电连接输出到所述网电极。本发明的空气净化装置能够对空气中的微米、次微米、纳米等级别的颗粒物进行高效、快速过滤，同时还具有低阻力、无副产物等优点。

Description

空气净化装置

技术领域

本发明涉及空气净化领域，具体地涉及一种滤网式除尘装置。

背景技术

目前，随着经济的不断发展，空气污染也越来越严重。例如，雾霾天气的不断增多和雾霾程度的不断加重，已严重的影响了人们的健康、生产和生活。空气中形成雾霾的悬浮微粒(或气溶胶)主要来自汽车尾气、工厂废气、扬尘、植物及化石能源的燃烧等。

通常情况下，去除粉尘或雾霾颗粒的技术有静电除尘、滤袋、过滤纤维等。但是，各种除尘方法都面临着一系列问题，如静电除尘会带来臭氧、氮化物的二次污染；滤袋除尘产生高的阻力等等。如何获得一种高效率、低成本、阻力小、无二次污染、能去除超细颗粒的空气净化系统，已成为目前迫切的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用摩擦发电机增强的滤网式除尘装置，能够对空气中的微米、次微米、纳米等级别的颗粒物进行高效、快速过滤，同时还具有低阻力、无副产物等优点。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种空气净化装置，该空气净化装置包括：外壳，包括进气口和出气口；滤网和网电极，设置于所述外壳内；以及摩擦发电机或直流电源产生器，用于产生电信号，所述电信号通过电连接输出到所述网电极。

可选的，所述滤网的纤维被在所述网电极的电信号极化带电。

可选的，所述摩擦发电机所产生的电信号为直流电信号或交流电信号。

可选的，当所述摩擦发电机所产生的电信号为交流电信号，该空气净化装置包括：整流桥，与所述摩擦发电机连接，用于将所述摩擦纳米发电机的交流电信号变成直流电，所述整流桥的输出端与所述网电极电连接。

可选的，所述整流桥的输出端的正极与所述网电极电连接，所述整流桥的输出端的负极接地。

可选的，所述摩擦发电机通过接触分离模式、滑动模式、单电极模式、自由端模式中的一种或多种以产生交流电信号。

可选的，所述网电极由金属网组成，所述金属网的金属网孔的尺寸从1目到500目。

可选的，所述滤网的纤维将所述金属网覆盖。

可选的，该空气净化装置包括：风扇，将待净化的空气吹入所述滤网。

可选的，所述摩擦发电机设置于所述外壳的外面或里面。

可选的，所述摩擦发电机的电压在10-10000V之间。

通过上述技术方案，摩擦发电机通过摩擦产生高压电场，此电场通过导线连接到金属网，使滤网的纤维极化而带电。直径较大的雾霾或灰尘颗粒因滤网的物理吸附被过滤，较小的雾霾或者灰尘颗粒，被带电滤网纤维或网电极的电场吸附。从而，该摩擦发电机增强的滤网式过滤装置能够对雾霾气体或灰尘气体中的颗粒物有效过滤和吸附，实现气体的净化。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的空气净化装置的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的滤网的结构示意图；

图3是根据本发明另一个实施例的空气净化装置的结构示意图；

图4a-b示出根据本发明一个实施例所针对的15-550nm颗粒范围的过滤效果；

图5a-b示出根据本发明一个实施例所针对的0.5-20μm颗粒范围的过滤效果；以及

图6是根据本发明再一个实施例的空气净化装置的结构示意图。

附图标记说明

1 进气口 2 出气口

3 绝缘外壳 4 滤网

5 摩擦纳米发电机 6 金属网电极

7 纳米纤维 8 风扇

9 整流桥

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

根据本发明的技术方案，以下是其静电产生的原理。器件的外壳由绝缘材料组成，内部或一端放上带有金属网电极的空气净化器滤网。摩擦纳米发电机的输出经整流桥之后，正极与金属网电极相连，负极接地。当摩擦纳米发电机工作时，输出的电压将会使金属网电极带正电，同时使滤网带上正电。因此，滤网及金属网电极与地之间形成很高的电场。

根据本发明的技术方案，以下是其粉尘颗粒过滤的原理，其包括

(1)物理吸附：当含粉尘或颗粒物的气流通过器件时，气体中的粉尘颗粒与滤网相互碰撞、散射，形成物理吸附。具体的物理吸附机理包括惯性碰撞、拦截、布朗扩散、重力沉降等。

(2)静电吸附：气体中的粉尘颗粒在形成过程中通常带有一定的电荷，因而总的颗粒都表现出一定的带电性。当这些带电颗粒进入器件以后，由于在滤网附近形成很高的电场，因此，在电场作用下带电颗粒将被滤网或者金属网电极吸附。

图1是根据本发明一个实施例的空气净化装置的结构示意图。该装置包括进气口1、出气口2、绝缘外壳3、滤网4、摩擦纳米发电机(TENG)5。如图2所示，该装置还包括金属网电极6，滤网4由纳米纤维7所组成。滤网4上的金属网电极6是有具有一定强度的金属网组成，金属网孔的尺寸从1目到500目均可，滤网4的材料可以是聚合物纤维，优选的，要求滤网4的微纳米纤维将金属网电极完全覆盖(如图2所示)。该结构有助于静电更均衡地分布在滤网4的纤维上，从而提高过滤效果。摩擦纳米发电机5的工作模式优选为接触分离模式、滑动模式、单电极模式和/或自由端模式，对摩擦层材料和电极的导电材料无特定要求。摩擦纳米发电机5可以通过风、马达或者人的运动以被驱动发电。摩擦纳米发电机5的位置可以如图1所示放在绝缘外壳3的外面，但也可以放在绝缘外壳3的里面。优选地，当摩擦发电机5所产生的电信号为交流电信号，所述装置还包括整流桥，其将摩擦纳米发电机5的交流电信号变成直流电。绝缘外壳3是由一定机械强度的绝缘材料，如聚四氟、尼龙或陶瓷等材料组成。通过导线将摩擦纳米发电机5的输出接到整流桥的输入端(单电极模式的发电机只接整流桥的一个输入端即可)，并将整流桥的输出端的正极接到滤网4的金属网电极6上，负极接地。对导线无特定要求，普通的铜、铝等导线均可。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，将一风扇8置于该摩擦纳米发电机增强的滤网式过滤装置底部，在摩擦纳米发电机增强的滤网式过滤装置的中心转轴顶端。滤网4为在不锈钢网上用静电纺丝法制备的聚酰亚胺纳米纤维薄膜，聚酰亚胺纳米纤维薄膜要有一定的厚度和透光率，即保证一定的初始过滤效率(大于50％)，空气阻力又不能太大(小于500Pa)。摩擦纳米发电机5为接触分离模式，通过导线连接到整流桥9，再将整流桥9的正极与金属网连接，负极直接接地。当底部风扇1转动时，雾霾或灰尘气体在风扇1带动下，通过摩擦纳米发电机增强的滤网式过滤装置的带有金属网电极的滤网后排出。因为摩擦纳米发电机5通过摩擦产生高压电场，此电场通过导线连接到金属网，使滤网4的纳米纤维极化而带正电。直径较大的雾霾或灰尘颗粒因滤网的物理吸附被过滤，较小的雾霾或者灰尘颗粒，被带电滤网纳米纤维或金属网电极的电场吸附。从而，该摩擦纳米发电机增强的滤网式过滤装置能够对雾霾气体或灰尘气体中的颗粒物有效过滤和吸附，实现气体的净化。

根据本发明的一个实施例，在PM2.5大于400μg/m³的环境中测试了该摩擦纳米发电机增强的滤网式过滤装置的过滤效果。图4a-b示出的过滤效果所针对的是15-550nm的颗粒范围，由图可见，在只有纤维滤网时，只能过滤掉不到一半的雾霾颗粒，而有摩擦纳米发电机时，可以过滤掉90％左右的颗粒物。图5a-b示出的过滤效果所针对的是0.5-20μm的颗粒范围，在这一范围内，纤维网可以过滤掉很大一部分的雾霾颗粒，但是摩擦纳米发电机工作时，几乎所有的雾霾颗粒都可以过滤掉。由此可见，摩擦纳米发电机的存在，可以大幅增强过滤效果，特别是对500纳米以下的小颗粒。从上可见，对于15nm～20μm范围内的颗粒物，本发明对颗粒物的过滤效率最高可以达到95％。

因此，该装置可以用于汽车尾气除尘，有效降低PM2.5的排放，减轻雾霾，具有广泛的市场应用价值。

根据本发明的一个实施例，如图6所示，摩擦纳米发电机5也可以放在绝缘外壳3的里面。摩擦纳米发电机5为风驱动的接触分离模式，通过导线连接到整流桥9，再将整流桥9的正极与金属网连接，负极直接接地。当底部风扇8转动时，雾霾或灰尘气体在风扇8带动下，通过摩擦纳米发电机增强的滤网式过滤装置的带有金属网电极的滤网4后排出。同时驱动摩擦纳米发电机5工作，产生高压电场，此电场通过导线连接到金属网，使滤网4的纳米纤维极化而带正电。直径较大的雾霾或灰尘颗粒因滤网的物理吸附被过滤，较小的雾霾或者灰尘颗粒，被带电滤网纳米纤维或金属网电极的电场吸附。从而，该摩擦纳米发电机增强的滤网式过滤装置能够对雾霾气体或灰尘气体中的颗粒物有效过滤和吸附，实现气体的净化。此外，由于摩擦纳米发电机5设置在绝缘外壳3的里面和使用风驱动的接触分离模式，风扇8产生的风量能直接驱动摩擦纳米发电机5产生交流电信号，因此能免去外力驱动摩擦纳米发电机5，从而使装置的运作更为方便，特别在密闭的环境中。

本发明的外壳无特别限定，主要是能起到支撑滤网和导流的作用。纳米纤维不限于上述提到的有机物，只要满足绝缘的要求、在连接摩擦纳米发电机后可以极化带电的纤维材料均可。优选的，摩擦纳米发电机的电压在10-10000V之间。此外，摩擦纳米发电机可以用普通直流电源代替，电源电压范围10-2000V。

以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (11)

1.一种空气净化装置，其特征在于，该空气净化装置包括：

外壳，包括进气口和出气口；

滤网和网电极，设置于所述外壳内；以及

摩擦发电机或直流电源产生器，用于产生电信号，所述电信号通过电连接输出到所述网电极。

2.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，所述滤网的纤维被在所述网电极的电信号极化而带电。

3.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，所述摩擦发电机所产生的电信号为直流电信号或交流电信号。

4.根据权利要求3所述的空气净化装置，其特征在于，当所述摩擦发电机所产生的电信号为交流电信号，该空气净化装置包括：

整流桥，与所述摩擦发电机连接，用于将所述摩擦纳米发电机的交流电信号变成直流电，所述整流桥的输出端与所述网电极电连接。

5.根据权利要求4所述的空气净化装置，其特征在于，所述整流桥的输出端的正极与所述网电极电连接，所述整流桥的输出端的负极接地。

6.根据权利要求1-5任一项中所述的空气净化装置，其特征在于，所述摩擦发电机通过接触分离模式、滑动模式、单电极模式、自由端模式中的一种或多种以产生电信号。

7.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，所述网电极由金属网组成，所述金属网的金属网孔的尺寸从1目到500目。

8.根据权利要求7所述的空气净化装置，其特征在于，所述滤网的纤维将所述金属网覆盖。

9.根据权利要求1-8任一项中所述的空气净化装置，其特征在于，该空气净化装置还包括：

风扇，将待净化的空气吹入所述滤网。

10.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，所述摩擦发电机设置于所述外壳的外面或里面。

11.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，所述摩擦发电机所产生的电压在10-10000V之间。