CN112295006A - 一种空气清洗消杀装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述一种空气清洗消杀装置及方法，外壳中心设有电机驱动的高速离心叶轮，外壳设有进风口和进水口，进水口分布于高速离心叶轮周围，由进水口进入的水在外壳的内侧面形成环形的水幕墙，外壳的下部设有出水通道和出气通道。高速离心叶轮将携带病毒或细菌的空气压缩形成射流，高速切入水幕墙，在水幕墙内制造制造一连串的空气泡，直接撕破部分病毒或细菌，同时制造剧烈的液气交换环境，促成消毒液与病毒或细菌瞬间反应；空气泡及水雾因受持续增强的气压被刺破，实现气液再次分离。本发明使水中消毒液瞬间把空气中的病毒或细菌杀灭，同时完成空气中捕捉细小病毒、病毒宿主、细菌等及在水中瞬间杀灭，大气量杀灭或阻断病毒或细菌在空气中传播。

Description

一种空气清洗消杀装置及方法

技术领域

本发明涉及空气净化领域，具体地说，涉及一种空气清洗消杀装置及方法。

背景技术

病毒通过气溶胶在空气中传播已得到国内外学者一致认可。气溶胶是一种由大小悬浮颗粒物组成的气团，也有把单个液态或半液态悬浮状颗粒物视为气溶胶。新冠病毒(单体粒径约100纳米)在通常情况下必须寄生于某些载体或宿主上才能存活及传播，而病毒必须聚团或达到一定浓度才具有传染性，这个聚团或浓度是多少，目前还没有定论。

唾液飞沫是大号气溶胶，其单粒径直径多在1000纳米到10000纳米之间，个别的更大，一旦它感染了新冠病毒，毒性很强。大号唾液飞沫遇到气流扰动会层层分裂，形成众多小号飞沫，这些小号飞沫会在空气中悬浮一段时间。

口罩是防止新冠病毒空气传播最方便最有效的措施，但口罩必须有滤孔，其滤孔直径多在1000纳米以上。换言之，口罩能阻挡大号病毒载体，但不能拦截小号病毒载体进入人体。

加大新风输入量也是一种防止新冠病毒空气传播的有效办法，但病毒并没有被杀灭，只是被转移或被稀释。在冬天，大量输入外来空气会引起室内温度的巨大变化。

往空气中喷洒消毒水也是一种常见办法，但最好不要靠近人群，以避免含有消毒剂的雾滴进入人体。但用空气清洗的办法可避免这种尴尬，我们正在制造一款万立方米级的空气清洗机，吃进去的是脏空气，喷出来的是干净的空气。

格力空气发明了一种用电加热的办法烫死空气病毒的方法，其原理是利用静电场吸引细颗粒物，同时把滤板加热到57摄氏度或以上，烫死病毒。这方法可行。然而当气量加大并快速通过时，有相当部分空气在滤孔中央逃逸。

炭纤维吸附性空气净化器，网片或陶瓷过滤类空气净化产品也能阻止病毒在空气中传播，但当吸附材料饱和时即自动失效。过滤性空气净化产品只能过滤比滤孔大的病毒与宿主，无法阻挡细粒径的气溶胶或颗粒物通过。

用超声波、微波、UV、射线把空气中的病毒杀死也是常见的方法，其共同的特点是需要空间和时间，强度越大、时间越长，杀灭的效果越好。当需要大气量消毒时，上述技术仍有差距。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种空气清洗消杀装置及方法，可以在更短的时间内大量杀灭病毒。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种空气清洗消杀装置，包括相对封闭的外壳，外壳横截面为圆形，外壳中心设有电机驱动的高速离心叶轮，外壳设有进风口，外壳内侧上部设有进水口，进水口分布于高速离心叶轮周围，由进水口进入的水在外壳的内侧面形成环形的水幕墙，外壳的下部设有出水通道和出气通道，出水通道靠近外壳，出气通道位于出水通道的内侧。

进一步，高速离心叶轮外侧设有导风内壳，导风内壳设有内壳进气口和内壳出气口，内壳进气口与外壳进风口连通，内壳出气口设置于高速离心叶轮四周对准外壳内侧面的环形的水幕墙。

进一步，内壳出气口的角度可调。

进一步，外壳为圆柱状外壳。

进一步，高速离心叶轮对准的外壳为气液二相流生成段，气液二相流生成段下方设有收敛过渡段，收敛过渡段的外壳直径小于气液二相流生成段的外壳直径。

进一步，高速离心叶轮由电机驱动，高速离心叶轮的旋转速度可调。

进一步，进水口的大小可调，外壳上形成的水幕墙的厚度可调。

一种空气除病毒方法，包括以下步骤：

1)高速离心叶轮将携带病毒或细菌的空气压缩形成射流，高速切入水幕墙，在水幕墙内制造一连串的空气泡；

2)一定烈度的空气泡不但能直接撕碎空气中的病毒或细菌，而且能创造一个剧烈的液气交换条件促成水中的消毒剂与病毒或细菌反应，达到瞬间杀灭的效果；

3)受环形水幕墙及环形收敛部的约束，气流空气泡发生段后继续保持高气压，并在环形收敛部不断增强，在高压下，水幕墙中空气泡被强行挤出，并随即破裂，部分逃逸的水雾在此处因高压破裂，连成线性再次射入水幕墙，这样水流连同被灭活的病毒或细菌从水幕墙下部排出，干净空气在水幕墙的水面转弯飘过，实现气液分离。

骤：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述一种空气清洗消杀装置及方法，利用空气动力的办法制造可控的空气泡，使水中消毒液能瞬间把空气中的病毒或细菌杀灭，该技术能在同一装置内同时完成从空气中捕捉细小病毒、病毒宿主(或载体)、细菌等及在水中瞬间杀灭这两个过程，具有大气量杀灭或阻断病毒或细菌在空气中传播的功能。

运用空气动力的办法清除空气中的有害物，这个过程能保持室内温度基本不变，而且能按照同一原理在同一装置内同时解决多方面的问题，如同时提供通风、去除细颗粒物、去病毒、去甲醛、常温脱硝等。

系统的空气处理量可高达每小时十万立方米以上，整个处理产生的废物仅仅是含有被灭活病毒的低浓度的消毒废水，可从城市下水道排放。

系统把捕捉与病毒杀灭分成两个相对独立，但又在同一装置内同时进行工作，通过在水中投放不同的消毒剂，实现对不同病毒的杀灭。

大气量去除空气中纳米级超细气溶胶或颗粒物是一项技术突破，用空气动力的办法瞬间完成消毒液与病毒的反应，而且整个过程不扬起水雾，保持温度基本不变。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1是本发明所述一种空气清洗过滤装置的结构示意图；

图2是活性流感病毒杀灭检测结果。

图中，1——外壳； 2——电机；

3——高速离心叶轮； 4——进风口；

5——进水口； 6——水幕墙；

7——出水通道； 8——出气通道；

9——导风内壳； 10——内壳进气口；

11——内壳出气口； 12——气液二相流生成段；

13——收敛过渡段。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

病毒单株直径约100纳米，空气中任何直径超过100纳米的悬浮气溶胶或颗粒物等物质都可能成为它传播的载体。本技术能捕捉空气中10纳米以上的物体并杀灭病毒，其介质是含有消毒剂的水，这两个过程在同一装置内同时发生，具有大气量杀灭或阻断病毒空气传播的功能。

在疫情非严重时，往循环水里加入双氧水或其它副作用较少的消毒剂即可。疫情严重时，加入适量的次氯酸钠。在2020年7月1日检测中，我们加入的是 0.05％次氯酸钠。使用后的废水处理排入下水道，不需要特别处理。

本技术首先利用离心力捕捉空气中超细颗粒物。实践证明，仅在低速条件下(线速度每秒46米)，对10-700纳米段气溶胶有效率为71.3％，450-700段气溶液胶是79.4％，固体颗粒物是98.7％，数据来源中国科学院广州地化所所第 W20131122检验报告和第W20141106检验报告。可见，不管是新冠病毒本身还是它在空气中的宿主，都在空气清洗技术可捕捉的范围之内。随着线速度的提高，捕捉的有效率还会上升，空气处理量还会呈几何级别扩大。

空气清洗技术是用空气动力中离心的办法清除气溶胶与颗粒物的。在静止状态下，空气中所有物质的动能为零。当速度增加时，f＝mv²，空气中气溶胶与颗粒物吸收的动能比空气大，能脱离空气的粘力射入环形水幕墙中被水流带走。空气在水面上飘过，气溶胶或颗粒物与空气分离。

在上述基础上，我们重点对水幕墙、射流剪切、气液交换、水雾压制等方面做了拓展与实践，使之能快速杀灭空气中的病毒。2020年7月，我们成功去除空气中高浓度H1N1活性病毒，在一小时内分三次向30立方空气舱注入194 万、308万、244万病毒单位(病毒为H1N1 A/PR/B/34，宿主为MDCK细胞)。三个样品的检测结果均为“杀灭率大于99.99％”。

这是三次大剂量活性流感病毒杀灭检测。第一个样品的作用时间是30分钟，第二和第三个样品共30分钟。第二个样品的剂量最大，是第一个样品的1.59倍，第三个样品是第一个样品的1.26倍，作用时间只有三分之一，而且循环水已经在尾段，但还是被杀灭得干干净净，检测报告见下图2。

空气清洗技术可大气量清除空气中纳米级气溶胶与颗粒物，通过水中加入适量的消毒剂可同时杀灭病毒，这两个过程按同一原理在同一装置内同时发生，两者加在一起可杀灭空气中的新冠病毒。

悬浮气溶胶被吸入清洗机后，由于高压、磨擦及气液交换，很快破裂并连结，因此，气溶胶比颗粒物更容易捕捉或处理。叶轮线速度越高，能捕捉气溶胶的颗径越小，而提高叶轮线速度又是一件容易实现的事，可见，此技术还有巨大的拓展空间。

在空气清洗机体内存在多个高速高压气场，西北工业大学航空学院席德科教授诠释为：高速气流与液流在环形水墙内相互撞击、碰撞、摩擦，形成复杂的气液二相流，生成大量漩涡及气泡。气泡内包含以溶解物或以核的形式存在的气体(主要是空气)，液体中溶解的气体由于扩散也进入气泡中，助长气泡的成长和扩大。这种气泡在高压高速液流作用下突然破裂，形成空穴，而另一方面，液体质量则以高速填充空穴，过程在千分之n秒内完成。这种现象很像一个个空气炸弹在连锁爆炸，持续不断。气泡破裂可产生像利刃般的高频冲击 (600-25000Hz)，压力可达49MPa，除机械作用外，还伴有电解、化学等多种复杂反应，气液交换异常激烈，这为消毒剂快速杀灭病毒或细菌提供良好条件。

截止2020年7月，由于国家仍未开放带活性的新冠病毒空气传播检测项目，我们只能选择在权威机构做最接近的H1N1活性病毒杀灭检测，而且在单位时间特定空间内投放的病毒剂量超大，其结果是杀灭率均大于99.99％。

如图1所示，一种空气清洗过滤装置，其结构包括相对封闭的外壳，外壳为圆柱状外壳，外壳横截面为圆形，外壳中心设有电机驱动的高速离心叶轮，高速离心叶轮的旋转速度可调，外壳设有进风口，高速离心叶轮设置于进风口，外壳内侧上部设有进水口，进水口的大小可调，外壳上形成的水幕墙的厚度可调，进水口分布于高速离心叶轮周围，由进水口进入的水在外壳的内侧面形成环形的水幕墙，外壳的下部设有出水通道和出气通道，出水通道靠近外壳，出气通道位于出水通道的内侧。

其中，高速离心叶轮外侧设有导风内壳，导风内壳设有内壳进气口和内壳出气口，内壳出气口的角度可调，内壳进气口与外壳进风口连通，内壳出气口设置于高速离心叶轮四周对准外壳内侧面的环形的水幕墙。

其中，高速离心叶轮对准的外壳为气液二相流生成段，气液二相流生成段下方设有收敛过渡段，收敛过渡段的外壳直径小于气液二相流生成段的外壳直径。

一种空气除病毒方法，包括以下步骤：

1)高速离心叶轮将携带病毒或细菌的空气压缩形成射流，高速切入水幕墙，在水幕墙内制造制造一连串的空气泡；

2)受环形水幕墙及环形收敛部的约束，气流空气泡发生段后继续保持高气压，并在环形收敛部不断增强。在高压下，水幕墙中空气泡被强行挤出，并随即破裂，部分逃逸的水雾在此处因高压破裂，连成线性再次射入水幕墙，这样水流连同被灭活的病毒或细菌从水幕墙下部排出。干净空气在水幕墙的水面转弯飘过，实现气液分离。

本发明用高速离心叶轮将携带病毒或细菌的空气压缩形成射流，高速切入环形水幕墙，在水幕墙内制造制造一连串的空气泡，这像一排排空气炸弹在爆炸，把病毒“炸灭”，高速气流与液流在环形水墙内相互撞击、碰撞、摩擦，形成复杂的气液二相流，生成大量漩涡及气泡。气泡内包含以溶解物或以核的形式存在的气体(主要是空气)，液体中溶解的气体由于扩散也进入气泡中，助长气泡的成长和扩大。这种气泡在高压高速液流作用下突然破裂，形成空穴，而另一方面，液体质量则以高速填充空穴，过程在千分之n秒内完成。这种现象很像一个个空气炸弹在连锁爆炸，持续不断。气流的速度越高，这种爆炸的威力越大。气泡破裂可产生像利刃般的高频冲击(600-25000Hz)，压力可达49MPa。这个过程除机械作用外，还伴有电解、化学等多种复杂反应，气液交换异常激烈。我们利用这一现象，在循环水中加入少量消毒剂，使之与病毒瞬间反应，把空气中的病毒杀灭。灭活后的消毒废水可排入城市下水道，不会产生二次传播。

理论上，空气泡的烈度越大，病毒的杀灭效果越好。但过烈的空气泡现象会产生巨大的噪音与破坏。我们在实践中通过控制速度、射流方向、水幕墙厚度与形状等要素掌握平衡，使过程可控，可预设。

在离心叶轮线速度每秒46米条件下，按质量算，对空气中10-700纳米段气溶胶去除率为71.3％，450-700段气溶液胶是79.4％，固体颗粒物是98.7％。数据来源中国科学院广州地化所所第W20131122检验报告和第W20141106检验报告。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种空气清洗消杀装置，其特征在于，包括相对封闭的外壳，外壳横截面为圆形，外壳中心设有电机驱动的高速离心叶轮，外壳设有进风口，外壳内侧上部设有进水口，进水口分布于高速离心叶轮周围，由进水口进入的水在外壳的内侧面形成环形的水幕墙，外壳的下部设有出水通道和出气通道，出水通道靠近外壳，出气通道位于出水通道的内侧。

2.根据权利要求1所述一种空气清洗消杀装置，其特征在于，高速离心叶轮外侧设有导风内壳，导风内壳设有内壳进气口和内壳出气口，内壳进气口与外壳进风口连通，内壳出气口设置于高速离心叶轮四周对准外壳内侧面的环形的水幕墙。

3.根据权利要求2所述一种空气清洗消杀装置，其特征在于，内壳出气口的角度可调。

4.根据权利要求1所述一种空气清洗消杀装置，其特征在于，外壳为圆柱状外壳。

5.根据权利要求4所述一种空气清洗消杀装置，其特征在于，高速离心叶轮对准的外壳为气液二相流生成段，气液二相流生成段下方设有收敛过渡段，收敛过渡段的外壳直径小于气液二相流生成段的外壳直径。

6.根据权利要求1所述一种空气清洗消杀装置，其特征在于，高速离心叶轮由电机驱动，高速离心叶轮的旋转速度可调。

7.根据权利要求1所述一种空气清洗消杀装置，其特征在于，进水口的大小可调，外壳上形成的水幕墙的厚度可调。

8.根据权利要求1所述一种空气除病毒方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)高速离心叶轮将携带病毒或细菌的空气压缩形成射流，高速切入水幕墙，在水幕墙内制造制造一连串的空气泡，水幕墙内的水中含有消毒剂；

2)受环形水幕墙及环形收敛部的约束，气流空气泡发生段后继续保持高气压，并在环形收敛部不断增强，在高压下，水幕墙中空气泡被强行挤出，并随即破裂，部分逃逸的水雾在此处因高压破裂，连成线性再次射入水幕墙，这样水流连同被灭活的病毒或细菌从水幕墙下部排出，干净空气在水幕墙的水面转弯飘过，实现气液分离。

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