CN111589582B - 电场结构、空气净化器及空气净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气净化技术领域，尤其涉及一种电场结构、空气净化器及空气净化方法。电场结构包括电极板及电极柱，多块电极板沿厚度方向间隔排布，且电极板的表面为曲面，相邻电极板之间围合形成多个集尘单元，多个集尘单元沿与电极板的厚度方向垂直的方向依次排布，且电场结构在集尘单元的排布方向上贯通；电极柱一一对应地设置于集尘单元内。带有荷电颗粒物的气体沿集尘单元的排布方向进入电场结构内，荷电颗粒物在电场力作用下吸附在电极板上，电极板的两侧表面均被充分利用形成集尘单元。而且，气体在相邻电极板之间沿曲面流动，在离心力及惯性力作用下，气体在相邻电极板之间出现涡流和湍流现象，能够提高荷电颗粒物吸附在电极板上的概率。

Description

电场结构、空气净化器及空气净化方法

技术领域

本发明涉及空气净化技术领域，尤其涉及一种电场结构、空气净化器及空气净化方法。

背景技术

随着国民经济的发展和技术的进步，人们的生活水平不断提高，对环境的空气质量的要求也越来越高，空气净化器得到越来越广泛的应用。现有的空气净化装置大多采用静电式除尘方法，带有荷电颗粒物的气体进入电场结构内，荷电颗粒物在电场力作用下吸附在电场结构的电极板上。

传统的电场结构有线板式、板板式及蜂窝式。线板式电场结构的工艺简单，成本较低，但是电场强度不均匀，吸附效果差。板板式电场结构虽然吸附效率高，但是工艺要求高，电极板在吸附水滴和颗粒物后，容易导致电极板间局部电弧，使电场失效。蜂窝式电场结构则容易积尘，导致电场不稳定，有效通过率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电场结构、空气净化器及空气净化方法，旨在解决现有空气净化器及空气净化方法的吸附效果差及吸附效果不稳定的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种电场结构，用于空气净化，所述电场结构包括：

多块沿厚度方向间隔排布的电极板，相邻的两块所述电极板之间围成若干个集尘单元；及

多个电极柱，所述电极柱一一对应地设置于所述集尘单元内，且所述电极柱的轴向与所述电极板的厚度方向垂直；

空气净化的进风方向与所述电极板的厚度方向及所述电极柱的轴向均垂直，若干个集尘单元沿着所述进风方向依次排布。

另外，本发明还提供一种空气净化器，包括：

静电发生器；

供水组件；

静电喷头，与所述静电发生器及所述供水组件均连接，用于喷出带静电的水雾；及

如上所述的电场结构，所述电场结构位于所述静电喷头的下游，且所述电极板及所述电极柱均与所述静电发生器电连接。

上述电场结构用于空气净化器时，带有荷电颗粒物的气体沿集尘单元的排布方向进入电场结构内，荷电颗粒物和荷电水滴在电场力作用下吸附在电极板上，电极板的两侧表面均被充分利用形成集尘单元，能够提高比收尘面积，以提高电场结构的吸附效果。而且，气体在相邻电极板之间沿曲面流动时，荷电颗粒物在离心力及惯性力作用下，可以显著提高荷电颗粒物吸附在电极板上的概率，提升净化效果。同时，电极柱的轴向与进风方向垂直，气体在集尘单元内绕电极柱流动会改变层流状态出现涡流，进一步增加气体内荷电颗粒物吸附在电极板上的概率。此外，吸附在电极板上水滴会携带颗粒物在重力作用下滑落，灰尘不易积聚在电极板表面对电场造成影响，使得电场结构的吸附效果更加稳定。

另外，本发明还提供一种空气净化方法，包括如下步骤：

使待净化的气体中的颗粒物荷电，形成荷电颗粒物；

带有所述荷电颗粒物的气体进入电场结构内，并在所述电场结构内沿曲面运动，所述荷电颗粒物在电场力作用下吸附在所述电场结构的电极板上；以及

颗粒物沿所述电极板的表面下落。

使用上述空气净化方法净化空气时，气体在电场结构内沿曲面运动并且形成湍流，在电场力、离心力及惯性力作用下，可以显著提高荷电颗粒物吸附在电极板上的概率，从而提升净化效果。而且，吸附在电极板上的水滴会携带颗粒物在重力作用下滑落，灰尘不易积聚在电极板表面对电场造成影响，使得电场结构的吸附效果更加稳定。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

其中：

图1为一个实施例中空气净化器的部分结构的示意图；

图2沿俯视方向示出图1中产品的内部结构；

图3为图1中结构的主视图；

图4沿左视方向示出图1中产品的内部结构；

图5为图1中结构的爆炸图；

图6为图2中电场结构的电极板的安装示意图；

图7为图6中电极板的截面示意图；

图8为图2中电场结构的电极柱的安装示意图。

说明书中附图标记如下：

10、电场结构；11、电极板；111、平面；112、斜面；12、电极柱；13、第一安装板；101、集尘单元；14、第二安装板；15、安装轴；16、套管；17、螺钉；20、静电喷头；40、紫外灯；60、水箱；61、开口；62、第一侧板；63、第二侧板；64、固定板。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果所述特定姿态发生改变时，则所述方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明一实施例提供一种空气净化器，包括外壳、风机、静电发生器、供水组件、静电喷头及电场结构。风机用于将外界空气抽吸至空气净化器内部，静电喷头与静电发生器及供水组件均连接，以喷出带静电的水雾。气体先经过静电喷头所在位置，再进入至电场结构内。气体中的颗粒物与带静电的水雾接触后荷电，荷电颗粒物和水滴进入电场结构后，在电场力作用下吸附在电场结构的电极板上，从而净化气体。

图1至图5示出空气净化器的部分结构，如图所示，电场结构10包括多块电极板11及多个电极柱12，电极板11及电极柱12均与静电发生器(图中未示出)连接，电极板11带正电，电极柱12带负电。多块电极板11沿厚度方向(如图中X方向)间隔排布，相邻电极板11之间围成若干个集尘单元101。电极柱12一一对应地设置于集尘单元101内，且电极柱12的轴向(如图中Z方向)与电极板11的厚度方向垂直。空气净化的进风方向与电极板11的厚度方向及电极柱12的轴向均垂直，若干个集尘单元101沿着进风方向依次排布。电极板11及电极柱12可以采用铝合金等导电材料。

静电喷头20位于电场结构10的上游，并喷出带静电的水雾。含尘气体与雾滴混合后，气体中的颗粒物在惯性碰撞、静电吸附、负离子凝并和加湿凝并的作用下，与雾滴吸附融合，形成荷电颗粒物。气体中的可溶性化学物质和雾滴接触，也会部分溶解在水里。

带有荷电颗粒物的气体沿集尘单元101的排布方向，即图中Y方向，进入电场结构10内，荷电颗粒物在电场力作用下吸附在电极板11上，电极板11的两侧表面均被充分利用形成集尘单元101，能够提高比收尘面积，以提高电场结构10的吸附效果。而且，气体在相邻电极板11之间沿曲面流动，在离心力及惯性力作用下，能够增加荷电颗粒物在集尘单元101向电极板11的运动速度，提高荷电颗粒物吸附在电极板11上的概率，提升净化效果。同时，电极柱12的轴向与风向垂直，气体在集尘单元101内绕电极柱12流动并出现涡流，涡流的产生进一步增加气体内荷电颗粒物吸附在电极板11上的概率。此外，吸附在电极板11上的颗粒物与水滴会在重力作用下滑落，不易积聚在电极板11表面对电场造成影响，使得电场结构10的吸附效果更加稳定。

应当注意的是，在其它实施例中，还可以通过电晕放电等其它方式使颗粒物荷电。本实施例的空气净化器优选通过静电喷头20(其具体结构可以参见中国专利ZL201920044227.4，授权公告号为CN209502026U，授权公告日为2019年10月18日)使气体中的颗粒物荷电，能够避免电晕放电方式产生的对人体有害的臭氧和氮氧化物，使用安全性能高，在净化过程中也不需要通风换气，适用范围广，可用于各种有人的室内及室外空间，例如住所、办公场所、商场、医院、图书馆、学校、车站等。

值得一提的是，电极板11的表面还具有亲水涂层。水滴与电极板11接触后，会在电极板11表面延展形成带静电的水膜，水膜能够进一步增强对气体中的颗粒物及可溶性化学物质的吸附作用。而且，水膜还能对电极板11起到净化作用。

主要参考图2，在本实施例中，集尘单元101的排布方向为水平方向，气体沿水平方向进入至电场结构10内。此时，电极板11表面与竖直平面111的交线为直线。这样，吸附在电极板11表面的污染物会随着水膜在重力作用下滑落，增强电场结构10的自清洁功能。而且，气体沿水平方向进入也方便空气净化器各结构的布置。在其它实施例中，集尘单元101也可以沿竖直方向排布，相应地，气体也需要沿竖直方向进入电场结构10。

在垂直于电极柱12轴向的平面111上，即沿图2视角观察，集尘单元101的截面形状为正多边形。具体到本实施例中，集尘单元101的截面形状为正六边形(为便于观察，图中用虚线将集尘单元101补充完整)，此结构稳定承受力强、易加工、节省材料，并便于保证电场结构10组装完毕后电极柱12尽可能位于集尘单元101的中心位置。一并参考图7，电极板11表面用于围合形成集尘单元101的凹陷部分包括平面111及对称设置在平面111两侧的斜面112，平面111与斜面112的夹角为120度，且平面111的投影长度A为斜面112的投影长度B的1～2倍，使得电场结构10在集尘单元101的排布方向上贯通。在其它实施例中，集尘单元101的截面形状还可以为正四边形、正八边形或圆形等形状。

进一步地，在电极板11的厚度方向上，电极柱12的最大尺寸值C与相邻电极板11之间的最小距离值D相等或近似相等。也就是说，在集尘单元101的排布方向上，电极柱12的投影正好封堵集尘单元101的开口。这样，气体在集尘单元101内与电极柱12接触后，气体近似地被分为向电极柱12两侧流动的两部分，以尽可能减少沿集尘单元101的排布方向直线流动的气体的体积，从而增加气体在集尘单元101内停留的时间，强化涡流和湍流现象，形成“卡门涡街”，提高荷电颗粒物吸附在电极板11上的概率，提升净化效果。同时，电极柱12的尺寸加大能够增加电极柱12的强度，使得电极柱12不易变形，便于加工及组装，提高电场结构10的合格率，并提高电场结构10的使用稳定性。

主要参考图5、图6及图8，电场结构10还包括第一安装板13及第二安装板14，多块电极板11均固定于第一安装板13上，多个电极柱12均固定于第二安装板14上，第一安装板13及第二安装板14分别与静电发生器的正极及负极连接。组装过程中，可先分别将多块电极板11及多个电极柱12分别组装至第一安装板13及第二安装板14上，再组装至空气净化器内。而且，将电极板11及电极柱12分别组装好后，组装至空气净化器内时只需要固定第一安装板13及第二安装板14即可。组装完毕后，电极板11及第一安装板13均与第二安装板14间隔设置，便能够使得电极板11与电极柱12绝缘。现有电场结构10的电极板11与电极柱12之间一般需要绝缘连接，连接结构通常采用脆性的绝缘陶瓷材料制成，又称绝缘子。虽然绝缘子在表面洁净的时候绝缘性能良好，但是当雾滴或油污等在绝缘子上聚集后，会导致绝缘性能下降而使得电场失效。本实施例的电场结构10则不需要绝缘子，能够有效规避这一风险。

为将多块电极板11进行组装，本实施例采用图6所示组装方式。如图6所示，电场结构10还包括安装轴15及套管16，电极板11及套管16均套设于安装轴15，且安装轴15的轴向平行于电极板11的厚度方向，套管16抵紧于相邻的两块电极板11之间。安装轴15的端部加工出内螺纹，电场结构10还包括螺钉17，螺钉17穿过位于电极板11两侧的第一安装板13后与安装轴15螺纹连接，以将电极板11通过安装轴15间接固定在两侧的第一安装板13上。相对于焊接等方式，本实施例的连接方式操作简单，也不会出现热变形等现象，加工误差更容易控制。相邻电极板11之间的厚度可以通过套管16的厚度进行控制。优选地，所有套管16的厚度相等，即相邻电极板11之间的距离相等，使得出风更加均匀，提高用户的体验感。

主要参考图4，本实施例的供水组件包括水箱60及水泵(图中未示出)，水箱60通过水泵与静电喷头20连通，且水箱60具有开口61，电场结构10及静电喷头20均位于开口61上方，水箱60可以接纳汇集从静电喷头20及电场结构10滴落的水滴。水泵将水箱60内的水抽吸至静电喷头20，静电喷头20喷出的水雾及沿电极板11留下的水又重新回到水箱60内，以在空气净化器内部实现循环，减少补给水分的次数。而且，水箱60内还可以添加消毒液、香薰油或其它成分，可以更有效的灭活空气细菌、病毒以及去除其它化学气体，水箱60内水分内部循环可以降低空气净化器的使用成本。水箱60内的水在使用一段时间后需要更换，避免造成二次污染。当然，在其它实施例中，与水泵连接的水箱60也不仅起到供水作用，静电喷头20及电极板11上流下的水也可以由其收集。

在本实施例中，水箱60还包括位于开口61两侧的第一侧板62及第二侧板63，电场结构10位于第一侧板62与第二侧板63之间。水箱60的材料为绝缘材料，电场结构10位于第一侧板62与第二侧板63之间能够增强空气净化器的安全性能。而且，第一安装板13及第二安装板14直接安装在水箱60上，能够充分利用水箱60，以尽可能减小空气净化器的体积。水箱60还包括位于第一侧板62及第二侧板63上方的固定板64，固定板64可以限定气体在电场结构10内流动。

此外，本实施例的空气净化器还包括用于照射电极板11表面的紫外灯40，紫外灯40的数量和位置可以根据需要确定，紫外灯40可以固定在固定板64上，优选将紫外灯40设置在静电喷头20与电场结构10之间。紫外灯40能够杀死气体中的部分细菌和病毒，还能杀灭水中的细菌和藻类，既能起到净化气体的作用，还能防止电场结构10及水箱60上出现霉菌而造成二次污染。

进一步地，电极板11表面具有含纳米光触媒颗粒的亲水涂层，可以通过在亲水涂层上附着纳米级锐钛型二氧化钛粉末形成。在紫外灯40的照射下，可以激发纳米光触媒颗粒产生电子-空穴对，电子-空穴对再与电极板11表面的水和氧气发生氧化还原反应生成氢氧自由基，氢氧自由基活性很高，几乎能够使各种有机物的化学键断裂，因而能氧化绝大部分的有机物及无机污染物，将其矿化为无机小分子、二氧化碳和水等物质，起到净化作用。而且，纳米光触媒颗粒有高稳定性、耐光腐蚀、无毒等特点，在净化过程中不产生二次污染。纳米光触媒颗粒在净化过程中起到催化剂的作用，本身并不随时间延长而消耗，使用寿命持久，不需要增加额外的使用成本。

综上，本发明的空气净化方法包括如下步骤：使待净化的气体中的颗粒物荷电，形成荷电颗粒物；带有荷电颗粒物的气体进入电场结构内，并在电场结构内沿曲面运动，荷电颗粒物在电场力、惯性力、离心力的作用下吸附在电场结构的电极板上；被电极板吸附的颗粒物会随水膜下落。

荷电颗粒物在电场结构内沿曲面运动，并且受电极柱的干扰，气体在电场结构内出现涡流和湍流现象，能够显著增加荷电颗粒物在电场内停留的时间，提高荷电颗粒物吸附在电极板上的概率，提升净化效果。而且，吸附在电极板上的颗粒物会在重力作用随水滴下落，不易积聚在电极板表面对电场造成影响，使得电场结构的吸附效果更加稳定。

本发明的空气净化器及空气净化方法，不仅能够对物理性污染(主要是空气中的悬浮颗粒物，一般以粒径进行区分，粒径越小往往危害越大。熟悉的PM2.5就指的是粒径为2.5微米的悬浮颗粒)进行净化，还能对生物性污染物(如能够引起人体过敏或疾病的微生物，包括细菌、病毒、真菌孢子、尘螨和花粉等)及化学性污染物(主要是指空气中被人体吸收后对人体有害的有机物和无机物，包括一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、甲醛、苯类、总挥发性有机物、氨和放射性氡气等)进行净化。电场结构还具有自净功能，使用过程中只需要定期换水，不需要使用耗材，使用成本低。而且，本发明的电场结构的吸附效果好且稳定，能够适用于要求更高的通过静电喷头使气体中的颗粒物荷电的方式。

以上所披露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种空气净化器，其特征在于，包括：

静电发生器；

供水组件；

静电喷头，与所述静电发生器及所述供水组件均连接，用于喷出带静电的水雾；及

电场结构，用于空气净化，所述电场结构包括：

多块沿厚度方向间隔排布的电极板，相邻的两块所述电极板之间围成若干个集尘单元；及

多个电极柱，所述电极柱一一对应地设置于所述集尘单元内，且所述电极柱的轴向与所述电极板的厚度方向垂直；

空气净化的进风方向与所述电极板的厚度方向及所述电极柱的轴向均垂直，若干个集尘单元沿着所述进风方向依次排布；所述电场结构位于所述静电喷头的下游，且所述电极板及所述电极柱均与所述静电发生器电连接；

所述供水组件包水箱及水泵，所述水箱通过所述水泵与所述静电喷头连通，且所述水箱可以接纳汇集从所述静电喷头及所述电场结构滴落的水滴；

所述水箱具有开口，所述电场结构及所述静电喷头均位于所述开口上方；

所述水箱还包括位于所述开口两侧的第一侧板及第二侧板，所述电场结构位于所述第一侧板与所述第二侧板之间，所述水箱的材料为绝缘材料，而且，第一安装板及第二安装板直接安装在所述水箱上，所述水箱还包括位于所述第一侧板及所述第二侧板上方的固定板，所述固定板可以限定气体在所述电场结构内流动；

在垂直于所述电极柱轴向的平面上，所述集尘单元的截面形状为正多边形；

所述集尘单元的截面形状为正六边形；所述电极板的表面包括围合形成所述集尘单元的平面及对称设置在所述平面两侧的斜面，且在垂直于所述电极柱轴向的平面上，所述平面的投影长度为所述斜面的投影长度的1.5倍～2倍；

在所述电极板的厚度方向上，所述电极柱的最大尺寸值与相邻所述电极板之间的最小距离值相等。

2.如权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，所述电场结构还包括第一安装板及第二安装板，多块所述电极板均固定于所述第一安装板上，多个所述电极柱均固定于所述第二安装板上；

所述电场结构还包括安装轴及套管，所述电极板及所述套管均套设于所述安装轴，且所述安装轴的轴向平行于所述电极板的厚度方向，所述套管抵紧于相邻的两块所述电极板之间。

3.如权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，所述电极板的表面具有亲水涂层，或所述电极板的表面具有含纳米光触媒颗粒的亲水涂层。

4.如权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，所述进风方向为水平方向。

5.如权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，所述空气净化装置还包括用于照射所述电极板表面的紫外灯。

6.一种空气净化方法，其特征在于，用于如权利要求1-5任一项所述的空气净化器，所述空气净化方法包括如下步骤：

使待净化的气体中的颗粒物与带电水滴接触后荷电，形成荷电颗粒物；

带有所述荷电颗粒物的气体进入电场结构内，并在所述电场结构内沿曲面运动，所述荷电颗粒物及带电水滴在电场力作用下吸附在所述电场结构的电极板上；以及

水滴携带颗粒物沿所述电极板的表面下落。

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