CN109967242B - 一种基于电凝并技术的微颗粒净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电凝并技术的微颗粒净化装置，包括用于使得通过的微颗粒带上异性电荷的预荷装置、以及用于产生交变电场而使得带有异性电荷的微颗粒互相碰撞后凝并的电凝并装置，在空气气流的流动路径上，预荷装置位于电凝并装置的上游，预荷装置包括预荷极板和钨丝，其特征在于：预荷极板包括第一极板、第二极板和第三极板，在空气气流流动路径上，第一极板位于第二极板的上游、第二极板位于第三极板的上游，并且第一极板和第二极板交错布置、第三极板和第二极板交错布置，第一极板和第二极板交错的空间内、第三极板和第二极板交错的空间内均设置有钨丝。预荷装置通过设置至少三层极板，将钨丝包裹在中间，形成双面电场，可产生多层电离。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化领域，尤其是一种基于电凝并技术的微颗粒净化装置。
背景技术
目前市面上用于空气中去除颗粒物的方法主要有过滤和电离等方法，其中过滤的方法需要消耗滤料，且风阻大。电离包括高压静电和负离子净化等，高压静电是指通过对钨丝施加负高压，并和接地的极板产生放电，使得通过的空气中的颗粒物带上负电荷，然后对颗粒物进行收集达到空气净化；负离子净化是指是一种利用自身产生的负离子对空气进行净化、除尘、除味、灭菌的环境优化，其与传统的空气净化机的不同之处是以负离子作为作用因子，主动出击捕捉空气中的有害物质。
电凝并技术是指空气中的微颗粒经过异性电荷后，引入到加有高压电场的凝并区中，带有异性电荷的微颗粒在交变电场力的作用下产生往复振动使得微颗粒相互碰撞然后凝并形成大颗粒被收集。
现有的基于电凝并技术的空气净化装置，如申请号为201120560320.4的中国专利公开的一种三区式电凝并除尘器，包括依次设置的第一电场除尘区、第二凝并收尘区和第三电场除尘区，通过第一电场除尘区对粗颗粒粉尘进行充分荷电并高效捕集，再经过第二凝并收尘区的边荷电边凝并，逐步形成粗颗粒粉尘，最后通过第三电场除尘区进行有效荷电及捕集，从而使得最终从除尘器尾部排出的粉尘量大幅减少，净化系统整体效率得到显著提升；又如申请号为201310574092.X的中国专利公开的一种餐饮油烟一体化处理系统，由双极性预荷电装置、交流电场凝并捕集装置和等离子体催化净化装置构成，双极性预荷电装置内交替布置有正极性电晕极、接地极和负极性电晕极，交流电场凝并捕集装置内平行布置有电极板，电极板与交流电源连接，等离子体催化净化装置内依次设置有多针电极、金属筛网、多孔催化剂层和金属筛网电极；又如申请号为201410795068.3的中国专利公开的一种预荷电凝并袋式除尘器，在进气烟道内设置双极荷电装置，包括接一组间隔排列的地极和正、负放电极，形成正负交替电场的双极荷电区，在进气烟道尾部空间及过滤仓室的缓冲空间内设置混合凝并区，凝并后的大颗粒随气流迅速进入到滤袋过滤仓，由滤袋进行尘与气分离。
上述的这些基于电凝并技术的空气净化装置，通常钨丝处于裸露状态，安全保护措施差，并且存在电离不充分的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的问题，提供一种提高收集能力的基于电凝并技术的微颗粒净化装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于电凝并技术的微颗粒净化装置，包括用于使得通过的微颗粒带上异性电荷的预荷装置、以及用于产生交变电场而使得带有异性电荷的微颗粒互相碰撞后凝并的电凝并装置，在空气气流的流动路径上，所述预荷装置位于电凝并装置的上游，所述预荷装置包括预荷极板和钨丝，其特征在于：所述预荷极板包括第一极板、第二极板和第三极板，在空气气流流动路径上，所述第一极板位于第二极板的上游、所述第二极板位于第三极板的上游，并且所述第一极板和第二极板交错布置、所述第三极板和第二极板交错布置，所述第一极板和第二极板交错的空间内、第三极板和第二极板交错的空间内均设置有钨丝。
优选的，为使得电离区域最大化，所述第一极板和第三极板对应，所述第二极板宽度方向上的两侧分别位于相对应的第一极板和第三极板之间，而第二极板的中间部分则不与第一极板和第三极板对应。
优选的，为使得电离区域最大化，所述第一极板、第二极板和第三极板呈平板状，互相平行并且与空气气流进入方向垂直。
为便于使得微颗粒带上异性电荷，所有钨丝构成分别用于连接到正高压的第一钨丝组和分别用于连接到负高压的第二钨丝组。
优选的，为便于产生均匀的电场，每个第一钨丝组包括设置在其中一组对应的第一极板、第三极板之间的四个钨丝，每个第二钨丝组包括设置在相邻一组对应的第一极板、第三极板之间的四个钨丝，由此使得所述第一钨丝组和第二钨丝组相间、并列地布置，所述预荷装置还包括用于电连接到负高压的第一导电片和用于电连接到正高压的第二导电片，所述第一导电片与第一钨丝组电连接，所述第二导电片与第二钨丝组电连接。
为便于设置预荷极板和钨丝，所述预荷装置还包括第一外框，所述预荷极板和钨丝设置在第一外框内，所述第一外框具有相对的第一侧壁和第二侧壁，所述预荷极板和钨丝在第一侧壁和第二侧壁之间延伸，并且所述预荷极板穿出第一外框的第二侧壁而接地，所述钨丝穿出第一外框的第一侧壁以便连接到高压电源。
为便于预荷极板相对第一外框定位，所述预荷极板具有长度方向上相对的第一端和第二端，所述第一外框的第一侧壁上开设有嵌槽，所述第一外框的第二侧壁内侧开设有通槽，所述通槽的数量、位置与嵌槽对应，所述预荷极板的第一端嵌入在嵌槽内，所述预荷极板的第二端穿过通槽而露出于第一外框。
为便于各极板独立地接地，所述预荷极板穿出第一外框的第二侧壁的第二端上弯折形成有第一接头，所述第一外框的第二侧壁外侧设置有第三导电片，所述第三导电片与所述第一接头电连接、并且接地。
为使得带上异性电荷的微颗粒合并成较大的颗粒，所述电凝并装置包括第四极板、第五极板、用于电连接到零线的第一触片和用于电连接到火线的第二触片，所述第四极板和第五极板相邻、并列地布置，所述第一触片与第四极板电连接，所述第二触片与第五极板电连接。
为便于收集凝并后的大颗粒，以及便于设置预荷装置和电凝并装置，还包括收集装置，在空气气流的流动路径上，所述收集装置位于电凝并装置的下游；所述预荷装置、收集装置和电凝并装置外设置有外壳，所述外壳的一侧开设有第一插口、第二插口和第三插口，所述外壳的内侧壁上、与开设插口的一侧相邻的两侧，分别设置有与第一插口对应的第一插槽、与第二插口对应的第二插槽、以及与第三插口对应的第三插槽，所述预荷装置从第一插口插入到第一插槽内而与外壳相对固定，所述电凝并装置从第二插口插入到第二插槽内而与外壳相对固定，所述收集装置从第三插口插入到第三插槽内而与外壳相对固定。
与现有技术相比，本发明的优点在于：预荷装置通过设置至少三层极板，将钨丝包裹在中间，形成双面电场，可产生多层电离；空气经过时可在各极板上产生多次撞击，从而使得微颗粒停留时间更长，与电荷充分结合；钨丝被极板包裹起来，提高了安全性；在电凝并装置中，相邻的两块极板施加相反极性的高压交流电，使得每两块极板之间都可以形成高压交变电场，带有异性电荷的颗粒物在交变电场力的作用下产生往复振动使得颗粒物相互碰撞然后凝并形成大颗粒，被后端的HEPA收集从而达到空气净化；此外，预荷装置、电凝并装置和收集装置与外壳的定位方式，可以方便地拆装；整体制作简单，成本也较低。
附图说明
图1为本发明实施例的微颗粒净化装置的示意图；
图2为本发明实施例的微颗粒净化装置的分解结构示意图；
图3为本发明实施例的微颗粒净化装置的预荷装置的分解结构示意图；
图4为本发明实施例的预荷装置的剖视图；
图5为本发明实施例的预荷装置的电离状态示意图；
图6为现有技术的预荷装置的电离状态示意图；
图7为本发明实施例的空气净化装置的电凝并装置的分解结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
参见图1和图2，一种基于电凝并的微颗粒净化装置，包括预荷装置1、收集装置2、外壳3和电凝并装置4，上述的预荷装置1、收集装置2和电凝并装置4设置在外壳3内。在空气气流的流动路径上，预荷装置1位于最上游，收集装置2位于最下游，而电凝并装置4设置在预荷装置1和收集装置2之间。其中，预荷装置1和电凝并装置4之间的间距为20cm～30cm，而电凝并装置4和收集装置2则紧贴设置。空气经过预荷装置1后，里面的微颗粒(主要为pm2.5，也可以为更小的颗粒)分别带上异性电荷，进入电凝并装置4后，带有异性电荷的微颗粒进行吸引然后合并形成较大的微颗粒，被下游的收集装置2收集。
外壳3由绝缘材料制成，其一侧开设有第一插口31、第二插口32和第三插口33，外壳3的内侧壁上、与开设插口的一侧相邻的两侧，分别设置有与第一插口31对应的第一插槽34，与第二插口32对应的第二插槽35，以及与第三插口33对应的第三插槽36。预荷装置1从第一插口31插入到第一插槽34内而与外壳3相对固定，电凝并装置3从第二插口32插入到第二插槽35内而与外壳3相对固定，收集装置2从第三插口33插入到第三插槽36内而与外壳3相对固定。从附图1中所示，收集装置2设置在外壳3的底部，而预荷装置1设置在外壳3的顶部，并且外壳3的底部和顶部均为开口，以便空气气流通过。
参见图3～图6，预荷装置1包括第一外框11、预荷极板12、钨丝13、第三导电片14、第一导电片15和第二导电片16。
第一外框11由绝缘材料制成，具有相对的第一侧壁111和第二侧壁112。每个预荷极板12和钨丝13分别具有长度方向上相对的第一端和第二端。每个预荷极板12和钨丝13各自的第一端和第二端分别延伸到第一外框11的第一侧壁11和第二侧壁112。优选的，预荷极板12和钨丝13均具有多个，并且各钨丝13并列地间隔布置。
在本实施例中，为便于定位预荷极板12，第一外框11的第一侧壁111内侧开设有嵌槽1111，第一外框11的第二侧壁112上开设有通槽1121，通槽1121的数量、位置与嵌槽1111对应，并且通槽1121和嵌槽1111的数量、形状与预荷极板12对应。每个预荷极板12的第一端嵌入在嵌槽1111内，每个预荷极板12的第二端穿过通槽1121而露出于第一外框11外，由此，预荷极板12与第一外框11的位置相对固定。每个预荷极板12穿出第一外框11的第二侧壁112的第二端上弯折形成有第一接头124，第三导电片14设置在第一外框11的第二侧壁112外侧，与每个预荷极板12上的第一接头124电连接，并且接地。
第一外框11的第一侧壁111上还开设有插孔1112，插孔1112的数量与钨丝13的数量相应。第一外框11的第二侧壁112内侧还设置有定位柱1122，定位柱1122的数量和位置与插孔1112对应。可在定位柱1122朝向第一外框11的第一侧壁111的一端开设定位孔(未示出)。每个钨丝13的第一端从插孔1112穿出到第一外框11外，每个钨丝13的第二端从定位孔插入到相应的定位柱1122内，由此钨丝13与第一外框11的相对位置固定。每个钨丝13穿出第一外框11的第一侧壁111的第一端设置有第二接头31。
预荷极板12包括第一极板121、第二极板122和第三极板123，上述的第一极板121、第二极板122和第三极板123可分别呈平板状，与空气气流进入极板2的方向垂直。在空气气流流动路径上，第一极板121位于第二极板122的上游，而第二极板122位于第三极板123的上游，并且第一极板121、第二极板122和第三极板123间隔布置。在图3中所示，第一极板121与第三极板123对应设置，而第一极板121和第二极板122则交错设置，也就是说，第二极板122宽度方向上的两侧分别位于相对应的第一极板121和第三极板123之间，而第二极板122的中间部分则不与第一极板121和第三极板123对应、从而直接接触空气气流。
第一极板121和第二极板122交错的空间、第二极板122和第三极板123交错的空间内，均设置有钨丝13。钨丝13与相邻的每一个极板之间的距离为8～10mm。
当预荷极板12具有多组时，每组预荷极板12在与空气气流流动路径垂直的方向(预荷极板12的宽度方向)上间隔地布置。
可替代的，预荷极板12也可以不止上述第一极板121、第二极板122和第三极板123三个，而适当增加数量。
当空气进入到预荷极板12内时，参见图4，空气的流向以箭头示出，此时空气在预荷极板12内产生多次撞击，产生旋转，在预荷极板12之间停留的时间增长，与电荷充分结合，使得微颗粒更容易被带上电荷。
钨丝13构成第一钨丝组132和第二钨丝组133，第一钨丝组132包括设置在其中一组对应的第一极板121、第三极板123之间的四个钨丝13，第二钨丝组132包括设置在相邻一组对应的第一极板121、第三极板123之间的四个钨丝13。第一钨丝组132和第二钨丝组133相间、并列地布置，由此使得各第一钨丝组132相间隔布置，各第二钨丝组133相间隔布置。
第一导电片15和第二导电片16设置在第一外框11的第一侧壁111外侧，其中第一导电片15与第一钨丝组132上的第二接头131电连接，并与负高压包连接，电压优选的为-8000～-10000V；第二导电片16与第二钨丝组133上的第二接头131电连接，并与正高压包连接，电压优选的为8000～10000V。
可替代的，第一钨丝组132和第二钨丝组133的位置可互换。
由于第一钨丝组132和第二钨丝组133分别施加相反的电压，因此微颗粒通过预荷装置1时，会带上异性电荷。
当钨丝13通过第一导电片15、第二导电片16接上高压时，与预荷极板12之间形成双面电场，可产生多层电离，参见图5，与一般的平面极板电离(参见图6，电离区域以A1、A2示出，平面极板2’，钨丝3’)相比，可形成四倍的电离区域A。由此，可使得空气进入时得到更为充分的电离。
在本实施例中，收集装置2采用普通的HEPA。
参见图2和图7，电凝并装置4包括第二外框41、第四极板42、第五极板43、第一触片44和第二触片45，其中，第四极板42、第五极板43优选的由铝制成。
第四极板42和第五极板43相邻、并列地布置，由此使得各第四极板42(从图2和图7中由前往后数，奇数列)相间隔布置、第五极板43(从图2和图7中由前往后数，偶数列)相间隔布置，每个第四极板42和第五极板43分别具有长度方向上相对的第一端和第二端。第二外框41具有相对的第三侧壁411和第四侧壁412，第三侧壁411和第四侧壁412内侧分别设置有卡槽46，每一侧上的卡槽46与第四极板42、第五极板43的数量相应，并且各卡槽46间隔地布置。
每个第四极板42的第一端与第四侧壁412的一个卡槽46卡合、并且与第四侧壁412的内侧抵接，每个第四极板42的第二端从第三侧壁411上相应的卡槽46穿出到第二外框41外，由此，第四极板42与第二外框41的位置相对固定。每个第四极板42穿出第二外框41第三侧壁411的第二端上弯折形成有第三接头421。第一触片44设置在第二外框41的第三侧壁411外侧，并与第四极板42上的第三接头421电连接，并且接零线。
每个第五极板43的第一端与第三侧壁411的一个卡槽46卡合、并且与第三侧壁411的内侧抵接，每个第五极板43的第二端从第四侧壁412上相应的卡槽46穿出到第二外框41外，由此，第五极板43与第二外框41的位置相对固定。每个第五极板43穿出第二外框41第四侧壁412的第二端上弯折形成有第四接头431。第二触片45设置在第二外框41的第四侧壁412外侧，并与第五极板43上的第四接头431电连接，并且接高压交流电火线。
可替代的，第四极板42和第五极板43的位置可互换。
给电凝并装置4通上电之后，相邻的第四极板42和第五极板43施加相反极性的高压交流电，使得每两块极板之间都可以形成高压交变电场，在高压交流电场的作用下，带上异性电荷的微颗粒会相互吸引碰撞然后凝并成较大的微颗粒，被下游的收集装置2收集从而达到空气净化。
Claims (10)
1.一种基于电凝并技术的微颗粒净化装置，包括用于使得通过的微颗粒带上异性电荷的预荷装置(1)、以及用于产生交变电场而使得带有异性电荷的微颗粒互相碰撞后凝并的电凝并装置(4)，在空气气流的流动路径上，所述预荷装置(1)位于电凝并装置(4)的上游，所述预荷装置(1)包括预荷极板(12)和钨丝(13)，其特征在于：所述预荷极板(12)包括第一极板(121)、第二极板(122)和第三极板(123)，在空气气流流动路径上，所述第一极板(121)位于第二极板(122)的上游、所述第二极板(122)位于第三极板(123)的上游，并且所述第一极板(121)和第二极板(122)交错布置、所述第三极板(123)和第二极板(122)交错布置，所述第一极板(121)和第二极板(122)交错的空间内、第三极板(123)和第二极板(122)交错的空间内均设置有钨丝(13)。
2.根据权利要求1所述的基于电凝并技术的微颗粒净化装置，其特征在于：所述第一极板(121)和第三极板(123)对应，所述第二极板(122)宽度方向上的两侧分别位于相对应的第一极板(121)和第三极板(123)之间，而第二极板(122)的中间部分则不与第一极板(121)和第三极板(123)对应。
3.根据权利要求1所述的基于电凝并技术的微颗粒净化装置，其特征在于：所述第一极板(121)、第二极板(122)和第三极板(123)均呈平板状，互相平行并且与空气气流进入方向垂直。
4.根据权利要求1所述的基于电凝并技术的微颗粒净化装置，其特征在于：所有钨丝(13)构成分别用于连接到正高压的第一钨丝组(132)和分别用于连接到负高压的第二钨丝组(133)。
5.根据权利要求4所述的基于电凝并技术的微颗粒净化装置，其特征在于：每个第一钨丝组(132)包括设置在其中一组对应的第一极板(121)、第三极板(123)之间的四个钨丝(13)，每个第二钨丝组(133)包括设置在相邻一组对应的第一极板(121)、第三极板(123)之间的四个钨丝(13)，由此使得所述第一钨丝组(132)和第二钨丝组(133)相间、并列地布置，所述预荷装置(1)还包括用于电连接到负高压的第一导电片(15)和用于电连接到正高压的第二导电片(16)，所述第一导电片(15)与第一钨丝组(132)电连接，所述第二导电片(16)与第二钨丝组(133)电连接。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的基于电凝并技术的微颗粒净化装置，其特征在于：所述预荷装置(1)还包括第一外框(11)，所述预荷极板(12)和钨丝(13)设置在第一外框(11)内，所述第一外框(11)具有相对的第一侧壁(111)和第二侧壁(112)，所述预荷极板(12)和钨丝(13)在第一侧壁(111)和第二侧壁(112)之间延伸，并且所述预荷极板(12)穿出第一外框(11)的第二侧壁(112)而接地，所述钨丝(13)穿出第一外框(11)的第一侧壁(111)以便连接到高压电源。
7.根据权利要求6所述的基于电凝并技术的微颗粒净化装置，其特征在于：所述预荷极板(12)具有长度方向上相对的第一端和第二端，所述第一外框(11)的第一侧壁(111)上开设有嵌槽(1111)，所述第一外框(11)的第二侧壁(112)内侧开设有通槽(1121)，所述通槽(1121)的数量、位置与嵌槽(1111)对应，所述预荷极板(12)的第一端嵌入在嵌槽(1111)内，所述预荷极板(12)的第二端穿过通槽(1121)而露出于第一外框(11)。
8.根据权利要求7所述的基于电凝并技术的微颗粒净化装置，其特征在于：所述预荷极板(12)穿出第一外框(11)的第二侧壁(112)的第二端上弯折形成有第一接头(124)，所述第一外框(11)的第二侧壁(112)外侧设置有第三导电片(14)，所述第三导电片(14)与所述第一接头(124)电连接、并且接地。
9.根据权利要求1~5中任一项所述的基于电凝并技术的微颗粒净化装置，其特征在于：所述电凝并装置(4)包括第四极板(42)、第五极板(43)、用于电连接到零线的第一触片(44)和用于电连接到火线的第二触片(45)，所述第四极板(42)和第五极板(43)相邻、并列地布置，所述第一触片(44)与第四极板(42)电连接，所述第二触片(45)与第五极板(43)电连接。
10.根据权利要求1~5中任一项所述的基于电凝并技术的微颗粒净化装置，其特征在于：还包括收集装置(2)，在空气气流的流动路径上，所述收集装置(2)位于电凝并装置(4)的下游；所述预荷装置(1)、收集装置(2)和电凝并装置(4)外设置有外壳(3)，所述外壳(3)的一侧开设有第一插口(31)、第二插口(32)和第三插口(33)，所述外壳(3)的内侧壁上、与开设插口的一侧相邻的两侧，分别设置有与第一插口(31)对应的第一插槽(34)、与第二插口(32)对应的第二插槽(35)、以及与第三插口(33)对应的第三插槽(36)，所述预荷装置(1)从第一插口(31)插入到第一插槽(34)内而与外壳(3)相对固定，所述电凝并装置(4)从第二插口(32)插入到第二插槽(35)内而与外壳(3)相对固定，所述收集装置(2)从第三插口(33)插入到第三插槽(36)内而与外壳(3)相对固定。
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