CN111957439A - 一种船舶空气消杀净化装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船舶空气消杀净化装置，其特征在于，设置在船舶舱室的通风系统新风入口处和/或回风吸口处，包括外部结构，由若干个具有一定容纳空间的结构堆积而成，用于容纳摩擦纳米发电单元；摩擦纳米发电单元包括壳体和规则分布于壳体内的纳米球体，与壳体之间存在细微空隙，与壳体实现不间断接触；壳体内表面喷涂有铝或铜电极，作为摩擦纳米发电单元的正极；纳米球体作为摩擦纳米发电单元的负极，与正极摩擦接触使其表面的微纳结构产生位移电流从而建立静电场，将气流的动能及压力能转化为净化装置内部高压静电场进行空气净化处理。本发明具有在高压电场下净化空气，自供能且无需布置电力线，自充电使用寿命长、可重复使用等优点。

Description

一种船舶空气消杀净化装置及工作方法

技术领域

本发明涉及空气净化技术领域，具体而言，尤其涉及一种船舶空气消杀净化装置及工作方法。

背景技术

对于豪华邮轮或其他各种类型的船舶来说，环境的密闭性是它们的一大特征，针对目前大规模爆发感染的新冠肺炎而言，船舶的密闭性导致气溶胶大范围传播问题不容忽视，亟需研发具有杀菌消毒功能的高效船用空气净化装置，以抑制气溶胶传播病毒，保护乘客和船员的健康与安全。

目前，传统的船舶集中送风系统难以滤除载有细菌和病毒的气溶胶等微细颗粒物，含有病毒的气溶胶颗粒通过回风吸口进入集中送风系统散播至全船。传统的船舶集中送风系统中没有设置具有杀菌消毒功能的装置，且其过滤性能低下，只能对空气中的大颗粒进行过滤。

除此之外，若在船舶中设置传统的使用高压静电场进行过滤的装置，具有需再次布置电力线、产生臭氧危害身体健康、高压电易触电产生危险等缺点。若使用KN95口罩类似的材料作为集中送风系统的滤芯，其产生过滤效果的熔喷无纺布会随时间降低自己所带有的静电，从而丧失其过滤作用。以KN95口罩为例，其中的熔喷无纺布的静电在使用4到8小时后就会大幅下降，而在船舶上使用高压电再次为熔喷无纺布充电的可行性极低。若使用能够过滤掉空气中细菌、病毒的传统过滤材料，具有使用寿命短暂、无法重复使用的缺点。

因此，有必要设计一种能够产生高压电场净化空气、自供能、无需布置电力线、自充电、使用寿命长、可重复使用等优点的船舶空气消杀净化装置。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种船舶空气消杀净化装置及工作方法。本发明主要利用在船舶舱室安装空气消杀净化装置，收集船用集中送风系统新风出口或回风吸口处气流的压力能及动能，发电机内部的超轻球体与气流相互作用产生摩擦电。空气中的灰尘、气溶胶颗粒将在与净化装置内部的机械碰撞作用下被拦截，同时在空气净化装置内部摩擦电场的作用下被吸附；空气中的细菌、病毒等微生物将在摩擦电的静电场的作用下被灭活，从而到达高效净化空气的作用。

本发明采用的技术手段如下：

一种船舶空气消杀净化装置，其特征在于，设置在船舶舱室的通风系统新风出口处和/或回风吸口处，所述净化装置包括：

外部结构，由若干个具有一定容纳空间的结构堆积而成，所述容纳空间用于容纳摩擦纳米发电单元；

所述摩擦纳米发电单元包括壳体和纳米球体，所述纳米球体规则分布于所述壳体内，与所述壳体之间存在细微空隙，与所述壳体实现不间断接触；所述壳体内表面喷涂有铝或铜电极，作为所述摩擦纳米发电单元的正极；

所述纳米球体作为摩擦纳米发电单元的负极，与正极摩擦接触使其表面的微纳结构产生位移电流从而建立静电场，将气流的动能及压力能转化为所述净化装置内部高压静电场进行空气净化处理。

进一步地，所述纳米球体为粒子直径为0.5-5mm的EPP粒子、EPS粒子、FEP球体、PTFE球体、PDMS球体。

进一步地，所述壳体为蜂窝状、十四面体状或正六面体状，是由3D打印的可改变结构。壳体由3D打印制作，材料为常用3D打印材料，如：PLA、PETG、PU、PP等。壳体的尺寸与内部纳米球体直径匹配，使壳体与内部纳米球体之间有细微的空隙以便产生良好的运动与摩擦。

进一步地，在所述壳体上，任选一对相对设置的表面，在此相对设置的表面上设置气口，使得气流能够从一个表面上的气口进入所述壳体内部，并从另与之相对的另一个表面上的气口流出。

进一步地，在所述壳体上，任选一对正方形表面，在此正方形表面上设置气口，使得气流能够从一个正方形表面上的气口进入所述壳体内部，并从另与之相对的另一个正方形表面上的气口流出。

进一步地，在所述外部结构外侧还设置有静电过滤芯，在所述外部结构上有金属电极的一侧引出充电导线到所述静电过滤芯，使其与所述外部结构具有等电势，通过摩擦发电，通过充电导线将正电荷引入所述静电过滤芯中为其充电。

本发明还公开了一种上述的船舶空气消杀净化装置的工作方法，其特征在于，将所述净化装置布置在通风系统的送风管路的布风器外侧和/或回风吸口处，需净化的空气经过净化装置内的若干个摩擦纳米发电单元，利用气流的动能及压力转化为净化装置内部的高压静电场，气流中的灰尘、气溶胶颗粒，在与摩擦纳米发电单元内部机械碰撞的作用下被拦截、吸附并灭活。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明解决了船舶空调系统只能过滤无法有效进行空气净化的缺点，现有的船舶空调系统普遍采用变风量集中送风技术，这种技术需要使用舱室回风，而回风口仅有普通滤器，只能过滤大颗粒杂质而无法有效净化空气，并且滤器容易脏堵，更换不及时则效果更差，本发明的使用可有效抑制回风中通过气溶胶传播病毒。

2、本发明的结构特殊性对进行空气净化有多种效果，摩擦纳米发电单元的壳体的几何结构可以利用空气中杂质的惯性机械撞击过滤大部分大颗粒杂质，纳米小球也可以拦截相当部分杂质，由于装置工作后带具有高压特性的静电，可利用静电吸附效应滤除细微杂志，同时在内部高压静电场的作用下对病毒、细菌等微生物起到灭活的作用，这保证了本发明净化空气的效果优越。

3、本发明与传统的高压静电除尘相比，结构上少了高压发生器，多了摩擦纳米发电机，整体上结构更加精简，无电力系统，无传统高压电发生器。利用纳米技术使颗粒物摩擦带电而非电离空气带电，不会产生臭氧造成次生危害，不会产生漏电现象造成人身伤害，不会引起船上生活人员的不适。

4、由于本发明采用的摩擦纳米发电机技术，摩擦纳米发电机直接将气流的压力能、动能高效转化为电能，在内部构建高压静电场用于高压除尘，相比传统滤芯，本发明的滤芯的电量不会随使用时间而减少从而降低过滤效果，使得滤芯使用寿命增长，同时摩擦纳米发电机的使用保证装置可以自供能无需外接电路，无需改造现有空调系统的机械结构与电力系统，而且降低了空调系统的负担，提高了空调系统的安全性得同时整体降低了空调系统的维护成本。

5、本发明的摩擦纳米发电单元的壳体通过3D打印技术构造复杂结构，大大的增大了纳米球体与摩擦面的摩擦面积，规避了现有技术中摩擦面小，摩擦效率低，发电性能弱，浪费过多纳米球体的缺点，大大的提升了发电量和发电效率。

基于上述理由本发明可在空气净化等领域广泛推广。

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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明的一种船舶空气消杀净化装置的结构示意图。

图2是本发明的摩擦纳米发电单元(以十四面体为例)结构示意图。

图3是本发明的摩擦纳米发电单元内部结构示意图。

图4是本发明的工作原理示意图。

图5是本发明的实施案例1的示意图。

图6是本发明的实施案例3的示意图。

图7是本发明的一种船舶空气消杀净化装置带有静电过滤芯的结构示意图。

图中：1、外部结构；2、摩擦纳米发电单元；21、壳体；22、纳米球体；23、气口；3、充电导线；4、静电过滤芯。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种船舶空气消杀净化装置，设置在船舶舱室的通风系统新风入口处和/或回风吸口处，以回风口为例，在回风吸口的一端为船舶舱室通风系统的回风通道，吸收所需处理的污浊空气，所述回风吸口的另一端安装摩擦纳米发电净化装置，利用回风口吸口气流的动能及压力能转化为TENG空气净化装置内部高压静电场进行空气净化处理。

所述净化装置包括：

外部结构1，由若干个具有一定容纳空间的结构堆积而成，所述容纳空间用于容纳摩擦纳米发电单元2；

如图2所示，一个所述摩擦纳米发电单元2包括壳体21和纳米球体22，所述纳米球体22规则分布于所述壳体21内，与所述壳体21之间存在细微空隙，与所述壳体21实现不间断接触；所述壳体21内表面喷涂有铝或铜电极，作为所述摩擦纳米发电单元2的正极；

所述纳米球体22作为摩擦纳米发电单元2的负极，在气流的作用下与壳体21实现不断接触，与正极摩擦接触使其表面的微纳结构产生位移电流从而建立静电场，将气流的动能及压力能转化为所述净化装置内部高压静电场进行空气净化处理。多个发电单元集合形成摩擦纳米发电机，也就是净化装置的主体结构，当气流从摩擦纳米发电机内部通过时，会被摩擦纳米发电机净化。

所述纳米球体22为粒子直径为0.5-5mm的EPP粒子、EPS粒子、FEP球体、PTFE球体、PDMS球体。

所述壳体21为蜂窝状、十四面体状或正六面体状，是由3D打印的可改变结构。

如图3所示，在所述壳体21上，任选一对相对设置的表面，在此相对设置的表面上设置气口，使得气流能够从一个表面上的气口进入所述壳体21内部，并从另与之相对的另一个表面上的气口流出。优选地，以十四面体或正六面体为例，在所述壳体21上，任选一对正方形表面，在此正方形表面上设置气口，使得气流能够从一个正方形表面上的气口进入所述壳体21内部，并从另与之相对的另一个正方形表面上的气口流出。

在所述外部结构外侧还设置有静电过滤芯4，在所述外部结构1上有金属电极的一侧引出充电导线3到所述静电过滤芯4，使其与所述外部结构1具有等电势，通过摩擦发电，通过充电导线3将正电荷引入所述静电过滤芯4中为其充电。

本发明还公开了一种船舶空气消杀净化装置的工作方法，将所述净化装置布置在通风系统的送风管路的布风器外侧和/或回风吸口处，需净化的空气经过净化装置内的若干个摩擦纳米发电单元，利用气流的动能及压力转化为净化装置内部的高压静电场，气流中的灰尘、气溶胶颗粒，在与摩擦纳米发电单元内部机械碰撞的作用下被拦截、吸附并灭活。

如图4所示，本发明的工作原理如下：

本发明基于摩擦纳米发电机，得失电子不同的两种材料相互摩擦时会发生电荷转移产生位移电流的原理，使用EPP粒子、EPS粒子等超轻电负性材料，在气流的作用下，与外部结构内侧带电正性的金属电极相互摩擦发电，建立内部高压静电场。气流中的灰尘、气溶胶颗粒，在与摩擦纳米发电机内部机械碰撞的作用下被拦截，同时，被摩擦纳米发电机内部的高压静电场吸附，以达成高效净化空气中灰尘、气溶胶颗粒的效果。此外，气溶胶内的细菌、病毒等微生物会在高压静电场的作用下灭活。除此之外，当空气净化要求较高时，可通过外加熔喷无纺布滤芯的方式，使其通过充电导线与摩擦纳米发电机空气净化器外部结构内侧的金属电极相连，构建等势体使摩擦纳米发电机源源不断的向滤芯补充负电荷，以达成大大延长熔喷无纺布滤芯的使用寿命的效果。

内部电场最大不小于500kV/m。实现对粒径为0.5、1、2.5、10μm的气溶胶过滤效率分别不低于95％、98％、99％、99.9％；船用TENG空气净化器的最大处理风量不小于250m³/h、风阻不高于50Pa，实现最高工作风速不少于2m/s，不影响通风系统通风效果。当以通风系统的较小风量(如50m³/h)运行时，净化器对各类气溶胶的过滤效率基本不变。

实施例1

如图5所示，将摩擦纳米发电空气净化装置设置于船舶通风系统的新风出口，即图中所示布风器处。布风器在船舶需要通风舱室的顶部，船舶通风系统将新风通过送风管路从布风器中送出。

将船舶空气消杀净化装置布置于布风器外侧，空气净化装置与布风器之间实现密闭，空气无法从缝隙中露出。同时，布风器的气流流过摩擦纳米发电机内部使其建立高压静电场。由此，该舱室的所有新风都被船舶空气消杀净化装置净化。陆地上的集中送风系统与船舶上实施原理相似。

实施例2

如图6所示，将船舶空气消杀净化装置置于船舶通风系统的回风吸口处。回风吸口是船舶通风系统将船舶舱室内污浊空气抽走的吸口，一般布置在舱室或走廊墙周较低处。在回风吸口处设置船舶空气消杀净化装置，空气净化器与回风吸口间没有间隙，舱室或走廊内的污浊空气将通过空气净化器再进入回风吸口最后再被送至集中送风装置处。污浊空气在经过船舶空气消杀净化装置时驱动摩擦纳米发电机内部建立高压静电场，污浊空气内的污染物被过滤后再进入管路，防止不同舱室的交叉感染。陆地上的集中送风系统与船舶上实施原理相似。

实施例3

如7所示，当空气所需净化要求较高时，可在船舶空气消杀净化装置的外侧加一层与KN95口罩内芯材料相似的熔喷无纺布。在外部结构有金属电极的一侧引一条充电导线到熔喷无纺布中，使熔喷无纺布与外部结构建立等电势。在空气经过摩擦纳米发电机内部时，纳米球与外部结构内侧金属电极互相碰撞摩擦，造成电荷转移使金属带正电，通过充电导线将正电荷引入滤芯中为滤芯源源不断的充电，以达成大大延长滤芯使用寿命的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种船舶空气消杀净化装置，其特征在于，设置在船舶舱室的通风系统新风出口处和/或回风吸口处，所述净化装置包括：

外部结构，由若干个具有一定容纳空间的结构堆积而成，所述容纳空间用于容纳摩擦纳米发电单元；

所述摩擦纳米发电单元包括壳体和纳米球体，所述纳米球体规则分布于所述壳体内，与所述壳体之间存在细微空隙，与所述壳体实现不间断接触；所述壳体内表面喷涂有铝或铜电极，作为所述摩擦纳米发电单元的正极；

所述纳米球体作为摩擦纳米发电单元的负极，与正极摩擦接触使其表面的微纳结构产生位移电流从而建立静电场，将气流的动能及压力能转化为所述净化装置内部高压静电场进行空气净化处理。

2.根据权利要求1所述的船舶空气消杀净化装置，其特征在于，所述纳米球体为粒子直径为0.5-5mm的EPP粒子、EPS粒子、FEP球体、PTFE球体、PDMS球体。

3.根据权利要求1所述的船舶空气消杀净化装置，其特征在于，所述壳体为蜂窝状、十四面体状或正六面体状，是由3D打印的可改变结构。

4.根据权利要求1所述的船舶空气消杀净化装置，其特征在于，在所述壳体上，任选一对相对设置的表面，在此相对设置的表面上设置气口，使得气流能够从一个表面上的气口进入所述壳体内部，并从另与之相对的另一个表面上的气口流出。

5.根据权利要求3所述的船舶空气消杀净化装置，其特征在于，在所述壳体上，任选一对正方形表面，在此正方形表面上设置气口，使得气流能够从一个正方形表面上的气口进入所述壳体内部，并从另与之相对的另一个正方形表面上的气口流出。

6.根据权利要求1所述的船舶空气消杀净化装置，其特征在于，在所述外部结构外侧还设置有静电过滤芯，在所述外部结构上有金属电极的一侧引出充电导线到所述静电过滤芯，使其与所述外部结构具有等电势，通过摩擦发电，通过充电导线将正电荷引入所述静电过滤芯中为其充电。

7.一种如权利要求1-6任意一项权利要求所述的船舶空气消杀净化装置的工作方法，其特征在于，将所述净化装置布置在通风系统的送风管路的布风器外侧和/或回风吸口处，需净化的空气经过净化装置内的若干个摩擦纳米发电单元，利用气流的动能及压力转化为净化装置内部的高压静电场，气流中的灰尘、气溶胶颗粒，在与摩擦纳米发电单元内部机械碰撞的作用下被拦截、吸附并灭活。

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