CN112791584A - 一种用于舰船舱室通风系统的空气净化装置 - Google Patents

一种用于舰船舱室通风系统的空气净化装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及空气净化技术领域，具体是一种用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，包括：壳体，所述壳体的两端分别设有进气口和出气口；所述壳体的进气口处设置的电离组件，所述电离组件的电晕电场使空气中的颗粒物荷电、电离空气产生臭氧；以及依次设置在所述电离组件远离进气口一侧的凝并收尘组件、渐变过滤组件及催化氧化组件；所述凝并收尘组件用于凝聚、捕集荷电的颗粒物；所述渐变过滤组件用于过滤凝并收尘组件漏出的细颗粒物；所述催化氧化组件用于在臭氧和催化剂的作用下去除空气中的挥发性有机化合物。本发明的有益效果是：通过设置的电离组件、凝并收尘组件、渐变过滤组件及催化氧化组件对空气进行净化，提高了对1μm以下粒径粒子的净化效率。

Description

一种用于舰船舱室通风系统的空气净化装置
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，具体是一种用于舰船舱室通风系统的空气净化装置。
背景技术
舰船、潜艇、航母舱室属于典型的密闭、狭小空间，人员密集度高，通风条件有限。舱内人员活动、设备、燃料、油漆等因素在理化和生物方面影响空气环境，形成具有平均湿度大、液态气溶胶粒子浓度高、VOC(挥发性有机化合物)与异味成分复杂以及微生物影响等疑难问题。舰艇官兵与指战人员长期暴露在不良的舰艇环境中，对身心造成健康风险，甚至影响工作状态与判断指挥。因此，采取措施对舰艇舱室内空气进行处理是亟待解决的问题。
为去除空气中的颗粒物、微生物及VOC污染，目前舰船通风系统的过滤器以静电除尘、介质过滤、催化燃烧及物理吸附为主；由于受外部环境的影响，舰船舱室内部空气污染物中，超细颗粒物占比很大(1μm以下颗粒物占比达到90％以上)，现有设备对粒径范围在0.1μm～0.5μm的颗粒物效率较低；
针对气态污染物污染，目前舰船上以催化燃烧以及物理吸附为主，催化燃烧技术采用的催化剂多为霍加拉特剂，该催化剂催化性能较高，处理效率优良，但缺点是会与卤代烃分解产生光气等有害物质，造成二次污染。物理吸附技术是通过活性炭、MOFs(金属有机骨架化合物)、分子筛等具有较大比表面积的吸附剂，对舰船空气中的芳香烃、脂肪烃及食物气味等VOC物质进行吸附去除。但这些吸附剂均存在易饱和、控制困难、易破碎并造成二次污染、运行不稳定等诸多缺点，这些存在的问题限制了其在该领域的进一步发展，也亟待新的技术突破。
综上所述，无论是静电除尘、介质过滤、催化燃烧及物理吸附技术应用在舰船通风系统中，均存在细小颗粒物去除效率低，易饱和、控制困难、易造成二次污染的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，包括：壳体，所述壳体的两端分别设有进气口和出气口；所述壳体的进气口处设置的电离组件，所述电离组件的电晕电场使空气中的颗粒物荷电、电离空气产生臭氧；以及依次设置在所述电离组件远离进气口一侧的凝并收尘组件、渐变过滤组件及催化氧化组件；所述凝并收尘组件用于凝聚、捕集荷电的颗粒物；所述渐变过滤组件用于过滤凝并收尘组件漏出的细颗粒物；所述催化氧化组件用于在臭氧和催化剂的作用下去除空气中的挥发性有机化合物。
作为本发明进一步的方案：所述进气口可拆卸安装有起过滤作用的过滤元件。
作为本发明再进一步的方案：所述过滤元件采用一层或多层铝波纹网或钢丝网。
作为本发明再进一步的方案：所述电离组件包括相对安装的负极针尖电离组件和正极针尖电离组件，用于产生电晕电场。
作为本发明再进一步的方案：所述负极针尖电离组件和正极针尖电离组件均包括外框、间隔设置在外框内的印制电路板组和接地端，所述印制电路板组包括多个平行的并联连接的印制电路板、若干阵列在印制电路板上并通过印制电路板导通的针尖，所述接地端相对于各针尖的中心位置表面开设有通孔。
作为本发明再进一步的方案：所述通孔的孔径为30mm至70mm。
作为本发明再进一步的方案：所述负极针尖电离组件加载的电压为-7kV至-11kV，正极针尖电离组件加载的电压为7kV至11kV。
作为本发明再进一步的方案：所述凝并收尘组件包括若干相互平行排列的电极板，所述电极板的形状为波浪形。
作为本发明再进一步的方案：所述渐变过滤组件包括多个沿气流方向纤维密度逐渐增加的层叠设置的纤维过滤层。
作为本发明再进一步的方案：所述催化氧化组件包括蜂窝网结构和设置蜂窝网结构上的催化剂和载体；所述催化剂为MnCeOx，蜂窝网结构中的蜂窝开孔大小为2mm至4mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过设置的电离组件、凝并收尘组件、渐变过滤组件及催化氧化组件对空气进行净化，提高了对1μm以下粒径粒子的净化效率，特别是粒径范围在0.1μm～0.5μm，常规过滤手段难以去除的超细颗粒物，催化氧化组件使用的臭氧协同催化氧化VOC去除技术，可提高吸附材料的吸附量，延长吸附材料更换周期。
附图说明
图1为本发明实施例中用于舰船舱室通风系统的空气净化装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中负极针尖电离组件的结构示意图。
图3为本发明实施例中凝并收尘组件的电极板结构示意图。
图4为本发明实施例中密度渐变纤维过滤器的过滤过程示意图。
图5为本发明实施例中臭氧协同催化氧化过滤段的结构示意图。
图6为本发明实施例中用于舰船舱室通风系统的空气净化装置的净化效果柱图。
附图中：1—初效过滤网，2—负极针尖电离组件，3—正极针尖电离组件，4—凝并收尘组件，5—密度渐变纤维过滤器，6—臭氧协同催化氧化过滤段，21—针尖，22—印制电路板，23—接地金属板，24—外框，25—金属电极，41—电极板，61—蜂窝网。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
请参阅图1，本发明实施例中，一种用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，包括：壳体，所述壳体的两端分别设有进气口和出气口；所述壳体的进气口处设置的电离组件，所述电离组件的电晕电场使空气中的颗粒物荷电、电离空气产生臭氧；以及依次设置在所述电离组件远离进气口一侧的凝并收尘组件、渐变过滤组件及催化氧化组件；所述凝并收尘组件用于凝聚、捕集荷电的颗粒物；所述渐变过滤组件用于过滤凝并收尘组件漏出的细颗粒物；所述催化氧化组件用于在臭氧和催化剂的作用下去除空气中的挥发性有机化合物。
具体的，待净化空气从进气口进入，依次经过电离组件、凝并收尘组件4、渐变过滤组件及催化氧化组件，从出气口流出；电离组件的作用时产生电晕电场，待净化空气经过电晕电场，待净化空气中的颗粒物荷电、电离空气产生臭氧，产生的臭氧为后续催化氧化组件的VOC处理提供催化氧化反应条件，所述臭氧还起到杀菌的作用。待净化空气经过电离组件后，其含有的颗粒物部分带电，带电的颗粒物经过凝并收尘组件，被凝并收尘组件凝并成较大颗粒物，在被凝并收尘组件在其内部的平行电场内捕集。待净化空气从凝并收尘组件通过后，未被前几级捕集的细颗粒物，被渐变过滤组件进一步过滤，再在催化氧化组件进行催化氧化反应，去除待净化空气中的VOC生成净化空气经过出气口流出。
如上所述，所述的用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，通过设置的电离组件、凝并收尘组件、渐变过滤组件及催化氧化组件对空气进行净化，提高了对1μm以下粒径粒子的净化效率，特别是粒径范围在0.1μm～0.5μm，常规过滤手段难以去除的超细颗粒物，催化氧化组件使用的臭氧协同催化氧化VOC去除技术，可提高吸附材料的吸附量，延长吸附材料更换周期。
请参阅图1，本发明的一个优选实施例中，所述进气口可拆卸安装有起过滤作用的过滤元件。
所述过滤元件采用一层或多层铝波纹网或钢丝网；铝波纹网或钢丝网设置在电离组件工艺前，作为初效过滤网1对空气中的毛发、皮屑等大颗粒物进行过滤阻挡，避免毛发、皮屑等大颗粒物进入后续处理工艺，采用的铝波纹网或钢丝网方便清洗，可重复利用。
请参阅图1、2，本发明的一个实施例中，所述电离组件包括相对安装的负极针尖电离组件2和正极针尖电离组件3，用于产生电晕电场。
所述负极针尖电离组件和正极针尖电离组件均包括外框24、间隔设置在外框24内的印制电路板组和接地端，所述印制电路板组包括多个平行的并联连接的印制电路板22、若干阵列在印制电路板22上并通过印制电路板22导通的针尖21，所述接地端相对于各针尖21的中心位置表面开设有通孔。每个印制电路板22导通固定在其上的各个针尖；所述针尖的长度5mm～15mm，材质为不锈钢或钨；所述负极针尖电离组件对应的外框24上设有两金属电极25作为负极电极和接地电极，用于加载电压；正极针尖电离组件对应的外框上设有两金属电极作为正极电极和接地电极，用于加载电压。所述金属电极25呈柱状或圆顶状，材质为不锈钢或铜。通过印制电路板22导通和安装各个针尖，便于在之后将印制电路板22及针尖进行通电，也便于进行其他结构的装配。
进一步的，所述接地端采用接地金属板23，接地金属板23以各个针尖中心位置开有通孔，所述通孔的孔径为30mm至70mm。形状可以为正方形，形状也可以是圆形或其他形状。印制电路板22、接地金属板23、金属电极25均固定在外框24上，外框材质为PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)等耐腐蚀塑料。所述负极针尖电离组件加载的电压为-7kV至-11kV，正极针尖电离组件加载的电压为7kV至11kV。
请参阅图1、3，本发明的另一实施例中，所述凝并收尘组件包括若干相互平行排列的电极板41，所述电极板41的形状为波浪形。
每个电极板41的外表面包裹有绝缘材料，所述绝缘材料为PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)等耐腐蚀塑料，所述电极板41的材质可以是碳粉、铝箔、铜箔，电极板形状为多个W型接替而成的波浪形。
相互平行排列的电极板41之间具有平行电场，空气在经过在波浪形的电极板41的弯曲处时形成漩涡，漩涡会造成细颗粒物的聚集，加大细颗粒物和颗粒物的碰撞凝并几率，从而提高细颗粒物的凝并效率。凝并长大后的带电颗粒物在经过凝并收尘组件4内部的平行电场时，在电场力的作用下被捕集。将对被捕集的带电颗粒物进行后续的处理。
所述凝并收尘组件处理后的空气进入渐变过滤组件；如图4所示，所述渐变过滤组件包括多个沿气流方向纤维密度逐渐增加的层叠设置的纤维过滤层，纤维过滤层进一步过滤空气中的未被前几级捕集的细颗粒物。
所述纤维过滤层材料采用不同直径高分子涤纶纤维经不同梯级的铺网、粘合成蓬松纤维层材料形成密度渐变纤维过滤器5，纤维层厚度为10至20mm，密度渐变纤维过滤器5具有高效、低阻、容尘量大的优点，能适合海洋性环境。
所述密度渐变纤维过滤器5的结构为密度渐变的三维立体结构，密度渐变是沿气流方向纤维密度增加、纤维直径变小。纤维过滤层的迎尘上层采用粗纤维、中间采用细纤维、底层采用超细纤维形成密度渐变的蓬松结构，粗粉尘颗粒被上层粗纤维层捕集、细颗粒被细纤维中层和超细纤维底层捕集；所述纤维过滤层在气流方向形成三维立体的蓬松颗粒层容尘结构，确保纤维过滤层低阻高效的同时，极大提升纤维过滤层容尘量，延长纤维过滤层的使用寿命。
进一步的，超细纤维底层上附着压电材料，如电气石、PVDF膜(聚偏二氟乙烯膜)等，进一步提升空气净化装置对细颗粒物的过滤效率。
请参阅图5，本发明的另一实施例中，所述催化氧化组件包括蜂窝网结构和设置蜂窝网结构上的催化剂和载体；所述催化剂为MnCeOx，蜂窝网结构中的蜂窝开孔大小为2mm至4mm。
具体的，所述催化氧化组件设置在渐变过滤组件侧部，作为臭氧协同催化氧化过滤段6，所述蜂窝网结构是孔径为2mm至4mm的蜂窝网61，载体为比表面积在800m2*g-1以上的活性炭，活性炭种类为木材、椰壳或煤；蜂窝网和载体上的MnCeOx是通过氧化还原共沉淀法制备的。负极针尖电离组件2和正极针尖电离组件3产生的大量臭氧在臭氧协同催化氧化过滤段6被利用，与MnCeOx催化剂共同作用，去除密度渐变纤维过滤器5排出的空气中的VOC。
如表1，为该空气净化装置的杀菌效率测试结果表，在1.5m/s风速条件下，该空气净化装置的消除率为99.99％，完全满足舰船舱室通风系统的使用需求；如图6所示，常规空气净化装置与采用本发明实施例中的空气净化装置的测试效率对比，PM1、PM2.5、PM10各粒径一次性过滤效率均明显提升。
表1为杀菌效率测试结果表
温度(℃) 18 湿度(％RH) 54
编号 消除率 对照样本组(cfu/cm<sup>3</sup>) 实验样本组(cfu/cm<sup>3</sup>)
1 99.99％ 1.01*10<sup>6</sup> <20
本发明的工作原理：待净化空气从进气口进入，依次经过电离组件、凝并收尘组件4、渐变过滤组件及催化氧化组件，从出气口流出；电离组件的作用时产生电晕电场，待净化空气经过电晕电场，待净化空气中的颗粒物荷电、电离空气产生臭氧，产生的臭氧为后续催化氧化组件的VOC处理提供催化氧化反应条件，所述臭氧还起到杀菌的作用。待净化空气经过电离组件后，其含有的颗粒物部分带电，带电的颗粒物经过凝并收尘组件，被凝并收尘组件凝并成较大颗粒物，在被凝并收尘组件在其内部的平行电场内捕集。待净化空气从凝并收尘组件通过后，未被前几级捕集的细颗粒物，被渐变过滤组件进一步过滤，再在催化氧化组件进行催化氧化反应，去除待净化空气中的VOC生成净化空气经过出气口流出。
本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，包括壳体，所述壳体的两端分别设有进气口和出气口，其特征在于，还包括：
所述壳体的进气口处设置的电离组件，所述电离组件的电晕电场使空气中的颗粒物荷电、电离空气产生臭氧；
以及依次设置在所述电离组件远离进气口一侧的凝并收尘组件、渐变过滤组件及催化氧化组件；
所述凝并收尘组件用于凝聚、捕集荷电的颗粒物；所述渐变过滤组件用于过滤凝并收尘组件漏出的细颗粒物；所述催化氧化组件用于在臭氧和催化剂的作用下去除空气中的挥发性有机化合物。
2.根据权利要求1所述的用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，其特征在于，所述进气口可拆卸安装有起过滤作用的过滤元件。
3.根据权利要求2所述的用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，其特征在于，所述过滤元件采用一层或多层铝波纹网或钢丝网。
4.根据权利要求1所述的用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，其特征在于，所述电离组件包括相对安装的负极针尖电离组件和正极针尖电离组件，用于产生电晕电场。
5.根据权利要求4所述的用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，其特征在于，所述负极针尖电离组件和正极针尖电离组件均包括外框、间隔设置在外框内的印制电路板组和接地端，所述印制电路板组包括多个平行的并联连接的印制电路板、若干阵列在印制电路板上并通过印制电路板导通的针尖，所述接地端相对于各针尖的中心位置表面开设有通孔。
6.根据权利要求5所述的用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，其特征在于，所述通孔的孔径为30mm至70mm。
7.根据权利要求5所述的用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，其特征在于，所述负极针尖电离组件加载的电压为-7kV至-11kV，正极针尖电离组件加载的电压为7kV至11kV。
8.根据权利要求1所述的用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，其特征在于，所述凝并收尘组件包括若干相互平行排列的电极板，所述电极板的形状为波浪形。
9.根据权利要求1所述的用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，其特征在于，所述渐变过滤组件包括多个沿气流方向纤维密度逐渐增加的层叠设置的纤维过滤层。
10.根据权利要求1所述的用于舰船舱室通风系统的空气净化装置，其特征在于，所述催化氧化组件包括蜂窝网结构和设置蜂窝网结构上的催化剂和载体，其中，所述催化剂为MnCeOx，蜂窝网结构中的蜂窝开孔大小为2mm至4mm。
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