CN112240622B - 一种液滤式空气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液滤式空气净化装置，包括涡流管道和喷气内芯，水或溶液呈螺旋涡流状通过涡流管道，喷气内芯同轴设置于涡流管道的内腔中，用于向涡流管道内喷射压缩气体，压缩气体在涡流管道内与作为滤材的水或者其它溶液快速混合；喷气内芯包括气压桶和旋转套筒，旋转套筒位于气压桶外部并环绕气压桶旋转，气压桶的桶壁设置有第一排气缝，旋转套筒的筒壁设置有第二排气缝，第一排气缝与第二排气缝非平行设置；本发明可以高效率的使空气与液体滤材混合，达到高效过滤空气的效果。

Description

一种液滤式空气净化装置
技术领域
本发明涉及环保设备技术领域，具体涉及一种液滤式空气净化装置。
背景技术
空气净化装置广泛地应用于生产生活的各个领域。
在户外，比较常见的空气净化装置是除霾车，除霾车先通过过滤的方式获得干净的空气，再将水箱中的水雾化为粒径约5-20微米的活性水离子，然后通过干净的空气将水雾及抑尘剂混合喷射出去；活性水离子会捕获空气中的微尘颗粒并使这些颗粒相互粘连，最终落在地面上。这种方法也适合于大型的室内场所，其优点是效率高，能快速的净化大量空气，但缺点也很明显，它会迅速提高空气湿度，不利于含有吸水材料的墙面、天花和各种陈设的保存，在室内使用时具有很大限制。有些内空气净化装置有采用上述喷雾除尘原理，这些装置大多功率小、有效净化空间小、持续时间短。
在粉尘污染严重的工厂中，为了减小粉尘排放和保护工人健康，大多采用机械过滤的方式，通过抽风机抽取室内空气，再通过各种固态的滤芯、滤网等阻挡和收集粉尘，这种方式效率比较高，效果比较好，但其缺点也很明显，滤芯和滤网需要经常人工清理甚至更换，人工和材料成本计较高。在对空气环境比较高的工厂中，还会采用静电、负离子除尘，但是这些除尘方式通常也需要机械抽风协助，如果风速较大会严重影响除尘效果，但如果风速太小，则空气净化的效率会大大降低。
鉴于上述，有些专注于环保行业的人士提出了水过滤方式的空气净化装置，如中国专利(CN 105126497A,20151209)公布的“水滤材空气净化装置”，这类装置使空气通过液态水，通过水分子来捕获空气中的微尘颗粒，由于采用水作为滤材，这种方式成本低，但是受限于液态水的张力作用，空气的通过量增大时空气未能与水进行充分混合就会喷出。因此，这种方式也难以提高净化效率，暂时无法适用于大空间室内环境以及户外。
发明内容
鉴于上述，本发明提供了一种液滤式空气净化装置，它可以高效率的使空气与液体滤材混合，达到高效过滤空气的效果。
首先做一个试验，将持续喷出压缩气体的喷头逐渐接近水面直至插入水中，在喷头接近水面的过程中，在气柱的作用下水面受到风压下陷，部分空气进入水中后迅速形成大小不一的气泡浮出水面；喷头没入水面后，空气与水混合，形成更多大小不一的气泡浮出水面，甚至在水中直接汇聚形成气流涌出水面；增大气压，则水中的气流会将更大范围的水推开涌出水面，达不到充分混合的效果，含混于水中气流的浮尘和有害气体没有没有机会被水分子捕获或者溶解。
一种液滤式空气净化装置，包括涡流管道和喷气内芯，水或溶液呈螺旋涡流状通过涡流管道，喷气内芯同轴设置于涡流管道的内腔中，用于向涡流管道内喷射压缩气体，压缩气体在涡流管道内与作为滤材的水或者其它溶液快速混合；
喷气内芯包括气压桶和旋转套筒，旋转套筒位于气压桶外部并环绕气压桶旋转，气压桶的桶壁设置有第一排气缝，旋转套筒的筒壁设置有第二排气缝，第一排气缝与第二排气缝非平行设置；
气压桶为为固定设置或者慢速旋转设置，旋转套筒旋转速度与气压桶不一致，使第一排气缝与第二排气缝相对位置不停变化；待净化的空气被压入气压桶，空气仅能够在第一排气缝与第二排气缝的交错位置排出至涡流管道，随着第一排气缝与第二排气缝在旋转作用下交错点不停变化，排出至涡流管道的气体形成高度不停变化的风幕；
螺旋涡流相比线性水流，同样的流速会有更多的水量去冲击风幕；
如果风幕的高度持续不变，则风幕会始终冲击附近的水流，当风幕高度变化时，风幕消除后的位置会被水流填满，下一波风幕出现时必须重新切开水流，增加与水流作用的效果；
如果空气净化的目的是单纯的去除空气中的包含PM2.5的微小颗粒，可以用水作为滤材，这种方案是最简单和廉价的，但如果还需要一并去除空气中的有害气体，则可以在水中添加相应的溶液，加强对该有害气体的吸收。
优选的，气压桶和旋转套筒的径向截面均呈环形，气压桶嵌套于旋转套筒的内、外筒壁之间；
气压桶的内、外侧壁分别设置有多条呈轴向延伸的第一排气缝；
旋转套筒的内、外侧壁分别设置有多条曲形的第二排气缝；
位于气压桶底壁的第一排气缝呈圆形，位于旋转套筒底壁的第二排气缝呈径向延伸设置；
在上述技术方案中，喷气内芯的外周侧面、内周侧面和底面都可以喷出多条风幕，使喷气内芯的喷气效率极大提高；
在这里要说明的是，风幕的厚度越大，与水混合的效率会越低，因此第一排气缝和第二排气缝都是细缝结构；另外每条风幕切割水流时，会将水流向风幕两侧压迫，但同时该风幕两侧相邻的风幕也会将水流向该风幕方向压迫，多条风幕的相互作用，会有利于风幕气流与水流的混合。
优选的，涡流管道沿水流方向依次包括增压区、混合区和喷射区；
喷气内芯位于混合区内，增压区内安装有用于增压的前涡流扇，喷射区内安装有用于加快流体排出速度的后涡流扇；
本方案优化了传统的传统的固定内径的水管，其主要目的是使混合区内获得更快的液体流速，需要强调的是，这里的液体流速不仅指液体相对管道延伸方向的速度，还包括液体呈螺旋涡流运动的切线速度，第一种速度有利于增大单位截面的液体通过量，速度越大意味着单位时间能够携带的空气越多，第二种速度有利于增加单位时间与每道风幕作用的面积和效率，速度越大单位时间内液体与空气的混合效果越好，最直观的，气体会在水中形成更多更小的独立气泡，而不会成为大股的气流与液体分离。
优选的，涡流管道的内径并非均匀的，增压区的内管径>混合区的内管径，缩小的管径进一步增大了压力，进而提高了流速，流速的提高意味着单位时间内冲击风幕与空气相混合的效果也会提高，好比高压气体喷入大海，但实际上与高压气体接触的海水仅为海水中的气柱周围很小的范围；
增压区的内管径沿液流方向呈收缩趋势，以配合增加过程；
混合区的内管径沿液流方向呈扩张趋势，当喷气内芯向外周喷射气体时，会将气幕附近的液体向周围挤压，由于混合区的内管径沿水流方向呈扩张趋势，即沿逆流方向是收缩趋势，因此当增压区的液流和喷气内芯喷出的气体冲击到管壁时，会被反射回去，类似手电筒前部的聚光罩的作用；
另外，气体和液体在混合区内混合，必须具有足够的容积以保证混合时有充分的用于混合的液体，混合区的内管径沿液流方向呈扩张趋势，在获得反射好处的同时，也增加容积。
优选的，混合区的管壁内侧设置有沿水流方向螺旋延伸的导流沿，液体在前涡流扇的旋转作用下，呈螺旋涡流在涡流管道内流动，导流沿会辅助液体维持螺旋涡流的状态，需要说明的是，导流沿的螺旋方向与前涡流扇的旋转方向同向，但喷气内芯的自转方向与涡流旋转方向相对。
优选的，前涡流扇沿轴向设置有至少两组叶轮，各组叶轮的直径沿水流方向呈递减趋势，如果各组叶轮的转速沿水流方向递增，会得到更好的增压效果。
喷气内芯位于涡流管道内部，电气连接需要解决外接电源线和控制线，这些管线会阻碍液体流动，电气部分的组件还需要考虑防水漏电防锈等一系列问题，另外这些组件势必会占用喷气内芯的内部空间，使本发明的结构发生改变，降低效果，优选的方案是既能驱动旋转套筒自转，同时喷气内芯不具有电气组件，无需通电，本发明采用方案是采用磁齿轮机构驱动旋转套筒旋转。
优选的，磁齿轮机构包括内转子、外转子、外定子和调磁环；
内转子与旋转套筒同轴固定连接设置；
外转子可转动设置于涡流管道的外周侧；
调磁环与涡流管道的管壁套接固定；
外定子留有间隙的设置于外转子的外周侧，电机线圈设置在外定子上，外定子和外转子相当于普通电机，外转子通过调磁环驱动内转子旋转，内转子带动旋转套筒旋转。
优选的，调磁环密封于涡流管道的管壁中。
优选的，旋转套筒的外侧壁的中部具有环状缺口，内转子嵌入于环状缺口并与旋转套筒沿轴向固定安装；
内转子安装在旋转套筒的中部，沿旋转套筒轴线方向将第二排气缝分为两部分，将第二排气缝的数量增加一倍，但两部分的第二排气缝所射出的气幕之间被拉开了距离，相比内转子安装在旋转套筒的端部，本方案效果更佳。
本发明的有益效果为：一种液滤式空气净化装置，包括涡流管道和喷气内芯，水或溶液呈螺旋涡流状通过涡流管道，喷气内芯同轴设置于涡流管道的内腔中，用于向涡流管道内喷射压缩气体，压缩气体在涡流管道内与作为滤材的水或者其它溶液快速混合；喷气内芯包括气压桶和旋转套筒，旋转套筒位于气压桶外部并环绕气压桶旋转，气压桶的桶壁设置有第一排气缝，旋转套筒的筒壁设置有第二排气缝，第一排气缝与第二排气缝非平行设置；本发明可以高效率的使空气与液体滤材混合，达到高效过滤空气的效果。
附图说明
下面结合附图对本发明一种液滤式空气净化装置作进一步说明。
图1是本发明一种液滤式空气净化装置的工作示意图。
图2是本发明一种液滤式空气净化装置的组装图。
图3是本发明一种液滤式空气净化装置的结构爆炸图。
图4是本发明一种液滤式空气净化装置的纵向截面图。
图5是涡流管道的剖面图。
图6是喷气内芯的组装图。
图7是喷气内芯的纵向截面图。
图8是喷气内芯的结构爆炸图。
图9是本发明一种液滤式空气净化装置的横向截面图。
图中：
1-涡流管道，1a-内管壁，1b-外管壁，11-增压区，12-混合区，121-导流沿，13-喷射区，2-喷气内芯，21-气压桶，211-第一排气缝，22-旋转套筒，221-第二排气缝，3-前涡流扇，4-后涡流扇，51-内转子，52-外转子，53-外定子，54-调磁环，X1-容器，X2-液滤式空气净化装置，X3-水泵，X4-进气管，X5-排气口。
具体实施方式
图1展示了液滤式空气净化装置的工作场景，容器X1中盛有用于溶液，同时容器X1布置有一套循环系统，液滤式空气净化装置X2和水泵X3连接于该循环系统中，水泵X3将溶液从容器X1中抽出，抽出的溶液经由液滤式空气净化装置X2回到容器X1中，液滤式空气净化装置X2的侧面连接有进气管X4，需要净化的气体从进气管X4进入液滤式空气净化装置X2中并与溶液混合，气体进入容器X1后上浮脱离液面，最终净化后的气体从排气口X5排出；容器X1中的液体可以是水，为了清除特定环境中的有毒、酸碱性气体，可以将水调制成适合的溶液。
如图2所示的液滤式空气净化装置，上端进水，下端出水，其外部是涡流管道1，涡流管道1的腰部外周可见外定子53。
如图3-图5所示，涡流管道1的内腔中设置有喷气内芯2，喷气内芯2的上方设置有前涡流扇3，喷气内芯2的下方设置有后涡流扇4；
与前涡流扇3、喷气内芯2和后涡流扇4依次对应的，涡流管道1的内腔从上至下依次分为三个部分，分别为增压区11、混合区12和喷射区13，涡流管道1的内径在增压区11呈相对较快的收缩趋势，在混合区12呈相对较慢的扩张趋势，在喷射区13呈直管形状；在混合区12的内管壁上，布置着多条螺旋状的导流沿121；
水流在水泵X3及自身重力作用下，自上而下流入涡流管道1，前涡流扇3具有2组扇叶，位于上部的大扇叶对水流进行加压后，位于底部的小扇叶对水流进行再次加压，前涡流扇3加压过程中会搅动水流形成涡流，涡流向下流经混合区12时导流沿121会使水流保持涡流形态，水流在混合区12与喷气内芯2喷出的气幕进行混合，后涡流扇4会将与气体混合后的水加速从涡流管道1的底部排出，同时后涡流扇4起到进一步打碎气泡，提高混合气体和液体混合的效果。
如图6-图8所示，本实施例中给出了喷气内芯2的具体方案；
喷气内芯2同轴设置于涡流管道1的内腔中，喷气内芯2中部具有沿轴线延伸的、水流可以通过的柱状通道；
喷气内芯2包括气压桶21和旋转套筒22，旋转套筒22位于气压桶21外部并环绕气压桶21旋转，气压桶21和旋转套筒22的径向截面均呈环形，气压桶21嵌套于旋转套筒22的内、外筒壁之间；
气压桶21的内侧壁、外侧壁及底壁设置有第一排气缝211，内侧壁和外侧壁的第一排气缝211沿轴向竖直延伸，底壁的第一排气缝211呈环形；
旋转套筒22的内侧壁、外侧壁及底壁设置有第二排气缝221，内侧壁和外侧壁的第二排气缝221呈曲线延伸，底壁的第二排气缝221呈放射状；
第一排气缝211和第二排气缝221相互配合工作，以外侧的第一排气缝211和第二排气缝221为例，第一排气缝211向外喷射气幕，第二排气缝221随旋转套筒22旋转，旋转套筒22会遮挡住第一排气缝211的大部分气幕，气体仅可以从第一排气缝211和第二排气缝221相交的位置喷出，因此，最终喷出喷气内芯2的气幕呈动态的不停上下运动的气针，气针的数量与第一排气缝211的数量是相同的，相比没有第二排气缝221的气幕，气针的体积小，与水混合效果更好，就正常的以氮气和氧气为主的大气，不可能大量溶解于水中，我们期望的混合效果，是尽可能减小水中气泡的体积，不产生大气泡，使气体分子及掺杂在气体中的颗粒物具有更大的与水分子接触的机会；
喷气内芯2的内侧壁、外侧壁及底壁均设置有可以喷出气针或气幕的缝，可以提高混合效率，以适应快速净化大量空气的需求。
为了驱动位于水中的旋转套筒22，本实施例采用了磁齿轮机构带动旋转套筒22，涡流管道1不需要通电，不需要解决水中用电设备防漏电的难题，也节约了涡流管道1内的有限空间，喷气内芯2的体积增加，会增加对涡流的阻力，降低水流速度；
如图9所示，磁齿轮机构包括与旋转套筒22固定安装的内转子51、嵌入涡流管道1的内管壁1a和外管壁1b之间的调磁环54、旋转设置于外管壁1b外周侧的外转子52以及最外部的外定子53；
内转子51位于旋转套筒22的外侧壁的中部的环状缺口，将旋转套筒22外侧壁的第二排气缝221分成了上下两组；
外定子53设置有线圈，外定子53和外转子52组成驱动电机，并通过调磁环54带动内转子51转动；
优选的方案是，外转子52为高速转子，内转子51为低速转子，这样可以更精确的调节旋转套筒22的转速。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液滤式空气净化装置，其特征在于，包括涡流管道(1)和喷气内芯(2)，所述喷气内芯(2)同轴线设置于所述涡流管道(1)的内腔中；
所述喷气内芯(2)包括气压桶(21)和旋转套筒(22)，所述旋转套筒(22)位于所述气压桶(21)外部并环绕所述气压桶(21)旋转；
所述气压桶(21)的桶壁设置有第一排气缝(211)，所述旋转套筒(22)的筒壁设置有第二排气缝(221)，所述第一排气缝(211)与所述第二排气缝(221)非平行设置；
所述气压桶(21)为固定设置或者慢速旋转设置，所述旋转套筒(22)转速不同于所述气压桶(21)，所述第一排气缝(211)与所述第二排气缝(221)在旋转作用下交错点不停变化，经所述交错点排出至涡流管道的气体形成高度不停变化的风幕。
2.如权利要求1所述的液滤式空气净化装置，其特征在于，所述气压桶(21)和所述旋转套筒(22)的径向截面均呈环形，所述气压桶(21)嵌套于所述旋转套筒(22)的内、外筒壁之间；
所述气压桶(21)的内、外侧壁分别设置有多条呈轴向延伸的第一排气缝(211)；
所述旋转套筒(22)的内、外侧壁分别设置有多条曲形的第二排气缝(221)；
位于所述气压桶(21)底壁的第一排气缝(211)呈圆形，位于所述旋转套筒(22)底壁的第二排气缝(221)呈径向延伸设置。
3.如权利要求2所述的液滤式空气净化装置，其特征在于，所述涡流管道(1)沿水流方向依次包括增压区(11)、混合区(12)和喷射区(13)；
所述喷气内芯(2)位于所述混合区(12)内，所述增压区(11)内安装有用于增压的前涡流扇(3)，所述喷射区(13)内安装有用于加快流体排出速度的后涡流扇(4)。
4.如权利要求3所述的液滤式空气净化装置，其特征在于，所述增压区(11)的内管径＞所述混合区(12)的内管径；
所述增压区(11)的内管径沿液流方向呈收缩趋势；
所述混合区(12)的内管径沿液流方向呈扩张趋势。
5.如权利要求4所述的液滤式空气净化装置，其特征在于，所述混合区(12)的管壁内侧设置有沿水流方向螺旋延伸的导流沿(121)。
6.如权利要求5所述的液滤式空气净化装置，其特征在于，所述前涡流扇(3)沿轴向设置有至少两组叶轮；
各组叶轮的直径沿水流方向呈递减趋势。
7.如权利要求4所述的液滤式空气净化装置，其特征在于，还包括磁齿轮机构，所述磁齿轮机构用于驱动所述旋转套筒(22)旋转。
8.如权利要求7所述的液滤式空气净化装置，其特征在于，所述磁齿轮机构包括内转子(51)、外转子(52)、外定子(53)和调磁环(54)；
所述内转子(51)与所述旋转套筒(22)同轴固定连接设置；
所述外转子(52)可转动设置于所述涡流管道(1)的外周侧；
所述外定子(53)留有间隙的设置于所述外转子(52)的外周侧。
9.如权利要求8所述的液滤式空气净化装置，其特征在于，所述调磁环(54)密封于所述涡流管道(1)的管壁中。
10.如权利要求8所述的液滤式空气净化装置，其特征在于，所述旋转套筒(22)的外侧壁的中部具有环状缺口，所述内转子(51)嵌入于所述环状缺口并与所述旋转套筒(22)沿轴向固定安装。
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