CN112963930A - 一种自清洁的新风净化装置及其净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种自清洁的新风净化装置及其净化方法，装置包括主控部、风机和二选一风阀，而该风机与二选一风阀之间设有杀菌集尘的复合净化组件，由纺丝供液单元、涂覆单元、正极高压发生极丝、负极集尘基板、自动清理电刷、废弃膜收集盒、传感器模块构成，纺丝液通过主控部驱动纺丝供液单元和涂覆单元附着在正极高压发生极丝上，且在负极集尘基板上吸附纳米级的拉丝，并无序纺织成形为可清理脱落的防水透气纳米纤维膜。通过纺丝成滤膜、杀菌除尘、清理废膜再纺丝的自动循环进行净化空气。应用本发明的新风净化技术方案，降低耗材更换率，且能保持出风效果和风机使用寿命并降低能耗；同时使用后废物体积小、易处理，避免了对环境造成的二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种新风净化设备，尤其涉及一种融合了滤芯过滤和电子集尘且具备自清洁功能的新风净化装置及其净化方法，属于新风系统领域。
背景技术
随着社会发展、人们生活水平提高，对洁净空气的环境需求也越来越高，新风净化设备兼具空气净化和室内补氧的功能，受到很多家庭的青睐。
现有新风净化设备主要原理有滤芯过滤法和电子集尘法。其中滤芯过滤法是最常见的空气过滤方法，通过滤网过滤和吸附空气中的污染物颗粒、细菌以及有害微生物，以达到净化室内空气的目的。目前常用的滤芯材料分为普通滤芯、HEPA滤芯以及其它特殊滤芯。而电子集尘法是利用高压将污染颗粒物带上电荷，并以有正负电极交叉的收集板吸附带电的污染物颗粒，从而达到改善室内空气中污染颗粒物含量的目的。
但现有新风净化设备在实际推广应用过程中，也或多或少地暴露出了诸多制得改善的地方。例如，对于滤芯过滤法而言，由于滤芯过滤的特性，容易受潮发霉有异味、在容纳微尘颗粒饱和后容易对室内产生二次污染；需要定期更换滤芯过滤，更换下来的滤网垃圾体积和数量大，影响环境卫生；滤芯随收集颗粒的增多而使风阻变大，影响风机寿命、增大风机能耗、影响出风效果；滤芯需要定期限进行更换，增加设备使用、维护和人工成本。而对于电子集尘法，还需要定期清洗收集极，否则净化效率会随着使用时间的增加而递减。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的旨在提出一种自清洁的新风净化装置及其净化方法，以解决滤芯遗留固体垃圾、二次污染且随使用时间风阻增大而影响送风量的问题。
本发明实现上述一个目的的技术解决方案是，一种自清洁的新风净化装置，包括主控部、用于将室外空气导入装置的风机和朝向室内或室外导向排风的二选一风阀，其特征在于：所述风机与二选一风阀之间设有杀菌集尘的复合净化组件，所述复合净化组件由纺丝供液单元、涂覆单元、正极高压发生极丝、负极集尘基板、自动清理电刷、废弃膜收集盒、传感器模块构成，纺丝液通过主控部驱动纺丝供液单元和涂覆单元附着在正极高压发生极丝上，且在负极集尘基板上吸附纳米级的拉丝，并无序纺织成形为可清理脱落的防水透气纳米纤维膜。
本发明实现上述另一个目的的技术解决方案是，一种自清洁的新风净化方法，通过上述的新风净化装置实现，其特征在于包括防水透气纳米纤维膜纺织、杀菌除尘和自动清洁三个阶段的运行过程，其中，
所述防水透气纳米纤维膜纺织阶段中，纺丝液在储液罐中受电加热器加热保持液态，并由供液泵驱动将纺丝液通过供液管道送入涂覆单元，再由涂覆单元在正极高压发生极丝上横向涂覆纺丝液，所述纺丝液在高压静电的电场力、液滴的张力和重力作用下以纳米级的拉丝吸附至负极集尘基板上，并无序纺织成形防水透气纳米纤维膜；
所述杀菌除尘阶段中，正极高压发生极丝加载正极高电压，对由风机导入装置的空气进行灭菌、灭病毒、灭虫处理，且负极集尘基板加载负极高电压，基于防水透气纳米纤维膜进行除湿和吸附微尘颗粒；
所述自动清洁阶段中，由传感器模块检测流经的空气判断防水透气纳米纤维膜的失效状态，并信号反馈主控部驱动自动清理电刷自上而下对负极集尘基板反复清扫，使失效的防水透气纳米纤维膜落入废弃膜收集盒之中，净化负极集尘基板后转入防水透气纳米纤维膜纺织阶段。
应用本发明新风净化的技术解决方案，具备突出的实质性特点和显著的进步性：通过在新风净化装置内引入纳米纤维膜自动纺织和清理的机电构件，利用防水透气纳米纤维膜表面积大、吸附能力强、环保性的特点，降低耗材更换率从而节省使用成本，且能有效保持装置的出风效果和风机使用寿命并降低能耗；同时使用后废物体积小、易处理，避免了对环境造成的二次污染。
附图说明
图1是本发明新风净化装置系统构成的总框图。
图2是本发明新风净化装置的原理框图。
图3是本发明装置中复合净化组件的工作运行框图。
图4是本发明装置中防水透气纳米纤维膜的成型原理示意图。
图5是本发明防水透气纳米纤维膜纺织阶段的风道示意图。
图6是本发明杀菌除尘阶段的风道示意图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。
本发明设计者针对现有常用滤芯过滤式和电子集尘式新风净化设备在长期使用过程中所暴露出的诸多缺点进行溯源分析，并对造成使用不便及装置其它不利性的部件结构研发改进，创新提出了一种具备自清洁功能的新风净化装置及其净化方法，以获得实用性更强、新风净化效果更优越、耗材和能耗更节省的体验。
为理解本发明技术方案的创新实质，以下从装置的结构特征和净化方法的不同使用阶段运行状态的细节分别说明如下。
通常情况下，新风净化装置可以理解为一个基本密闭的腔体，并且通过进出风口连通室内外。其中必然地存在用于将室外空气导入装置的风机，而作为引导气流可选的出路，装置中还设有二选一风阀，以在维护或其它特定阶段向室外排风。如图1至图5分别所示，本发明该新风净化装置概述的结构改良重点为：在风机1与二选一风阀之间设有作为主要核心、以杀菌集尘为主要功能的复合净化组件2，同时具备自动纺织防水透气纳米纤维膜、自动清洁等功能。从模块构成来看，复合净化组件2由纺丝供液单元、涂覆单元、正极高压发生极丝5、负极集尘基板6、自动清理电刷8、废弃膜收集盒9、传感器模块构成。作为该核心中取代传统滤芯的主要构件，存在自动纺织成型并在失效后可自动清理脱落的防水透气纳米纤维膜7，而作为原料的纺丝液则通过主控部驱动纺丝供液单元和涂覆单元附着在正极高压发生极丝5上，且在负极集尘基板6上吸附纳米级的拉丝36，并无序纺织成形为可清理脱落的防水透气纳米纤维膜7。其中主控部为各类电器普遍具备或集成的以微处理器为基础、其它电子元器件为辅助所形成的控制单元，本新风净化装置并不对此要求保护，仅满足接收信号、同预设参数处理运算并对各类电机、风机、泵机等异步输出通断电源的驱动控制即可，故省略电路图及相关详述。
不难理解的是，本发明该装置巧妙地将滤芯过滤与电子集尘的优点相融合，而且作为取代滤芯的方案，并非直接采用现成的滤网，而是内置集成了能够自动纺织成型滤网的构件及能够在必要的使用状态下自动清理负极集尘基板上的滤网，从而实现持续、高效地保持滤芯清洁和空气净化效果。
从复合净化组件各组成部分的细节来看：首先、纺丝供液单元由储液罐31、供液泵32、供液管道33和电加热器34构成。该储液罐31内装填有足量的纺丝液并在装置工作运行时通过电加热器供能保持液态。该纺丝液是疏水材质且满足能够进行纳米级纺丝的原液，通过供液管道33受驱于供液泵32在涂覆单元和储液罐31之间循环流动。作为进一步可选的优化，该储液罐内还可以增设液位传感器，以便当纺丝液余量低于下限时信号报警，提醒维保人员补充耗材。
其次，涂覆单元由涂覆电机41和涂覆模块42构成，而涂覆模块42受驱于涂覆电机41沿正极高压发生极丝横向移动并在正极高压发生极丝5上涂覆纺丝液，形成略微凝聚且无法滴落的液滴状35，作为纺丝的前提准备。这里，正极高压发生极丝5横向平行间隔设置，而涂覆模块42则一对一匹配每根正极高压发生极丝并受驱横向位移。供液管道对应每个涂覆模块的横移路径中设有出液口，用于向涂覆模块供液保持足量的湿润度。
再者，负极集尘基板6落座设于废弃膜收集盒9内且中部设有直立竖杆，而自动清理电刷8则装接于直立竖杆并受驱自上而下对负极集尘基板6清扫作业，使失效的防水透气纳米纤维膜7落入废弃膜收集盒9之中。这部分在装置实际运行过程中，主要起到作为滤芯替代物自动编织、清理的载体并分离气流中的灰尘、颗粒等。
最后，作为装置运行状态切换的基础，内部设有包含组合式的空气质量传感器和感应风阻的气压传感器的传感器模块。而且出于沿气流经复合净化组件处理前后的状态检测需求，该传感器模块包括沿风向设于正极高压发生极丝5之前的前端传感模组，设于负极集尘基板6之后的后端传感模组，且主控部预设有对应判断防水透气纳米纤维膜失效的前、后端传感模组感应信号差值范围。这里空气质量传感器包括但不限于PM2.5、二氧化碳、氧气、硫化氢、氨类臭气等含量检测的器件。
如图2所示的原理框图可见，室外未处理的空气（含细菌、病毒、小飞虫、水蒸气或小液滴）进入装置后，正极高压发生极丝阵列周围产生极高电压，可以将空气中的细菌、病毒、小飞虫等杀死并碳化，同时空气中的微尘颗粒经过正极高压电场后带上正电荷；经过正极高压处理后的空气到达防水透气纳米纤维膜，由于防水透气纳米纤维膜由直径极其微小纳米丝纺织而成，可以将空气中的微尘颗粒或者碳化物质阻拦下来，同时由于组成防水透气纳米纤维膜的丝采用疏水材料纺织而成，且直径非常小，纺织成的网内部有很多微小的孔隙供气体流过，且这些孔隙远小于水滴尺寸，这样就可以将水蒸气和小液滴有效的阻拦在防水透气纳米纤维膜外，达到防水透气的效果。
如果防水透气纳米纤维膜在使用过程中出现破洞或防水透气纳米纤维膜在纺织时某部分密度达不到要求，会造成部分微尘颗粒逃逸。此时，由于逃逸的微尘颗粒上带有正电荷，经过高压负极发生极板时，也会被牢牢吸附住，这样就可以获得了干燥净化后的空气。为了监控本新风净化装置的工作状态是否正常，在复合净化组件前后分别布设前、后端传感模组，用以向主控部反馈空气质量并自动判别防水透气纳米纤维膜是否已经失效。
在以上清楚、完整的装置结构改良的实施例叙述基础上，进一步理解该新风净化装置在工作运行时不同阶段的状态特点，其主要包括防水透气纳米纤维膜纺织、杀菌除尘和自动清洁三个阶段的运行过程，而且基本可实现自动响应出风变化、切换运行过程的要求。
如图3、图4和图5所示，在防水透气纳米纤维膜纺织阶段中，控制风机停止转动，且二选一风阀切换至室外通道，防止纺丝液气味或纳米丝被吹入室内。而后在无气流或弱气流的环境下进行纺织。具体地，电加热器开始工作加热储液罐，纺丝液受热在储液罐及相连通的供液管道中保持液态，并由供液泵驱动将纺丝液通过供液管道送入涂覆单元，多余的纺丝液回流至储液罐重复利用。再将涂覆电机启动运行，由涂覆单元在正极高压发生极丝上横向移动并涂覆纺丝液。由于正极高压发生极丝接入正极高电压，而负极集尘基板接入负极高电压，则纺丝液的液滴也带上正电荷，在高压静电的电场力、液滴的张力和重力作用下，被以纳米级拉丝吸附至负极集尘基板上，并最终无序纺织成形防水透气纳米纤维膜。
由于纺织过程一定程度上受到重力作用的影响，为保持所形成的防水透气纳米纤维膜在幅面向的均匀性，对前述涂覆单元的供料强度也提出了必要的分布调整：沿正极高压发生极丝长度方向上横向均匀，而垂直于长度的竖直向则自上而下递减分布。即最上一根或靠上数根正极高压发生极丝上所涂覆的液滴量较多，所形成的拉丝数量也相对较多，而靠下数根或最末根正极高压发生极丝上所涂覆的液滴量较少，实际按电场宽度大小可调设定。
当负极集尘基板上完成所述纤维膜的纺织后，便可切换运行状态至杀菌除尘阶段。此时如图6所示，风机启动运行，将室外空气抽入装置中等待处理，并将纺丝供液单元、涂覆单元、自动清理电刷均停止运行，且二选一风阀切换至室内通道，以面向室内送出净化后的新风。过程中正极高压发生极丝加载正极高电压，对由风机导入装置的空气进行灭菌、灭病毒、灭虫处理（杀灭并碳化），且负极集尘基板加载负极高电压，并基于防水透气纳米纤维膜进行除湿和吸附微尘颗粒，直至纤维膜被感应失效。
通常装置在经历一定使用周期后，纤维膜随吸附微尘颗粒过载或孔隙被风蚀变大会发生失效，此时便需要将其换新。而本发明该装置则提供了一种无需人工干预进行的自动清洁技术解决方案：该阶段中由传感器模块检测流经的空气判断防水透气纳米纤维膜的失效状态，并信号反馈主控部。由主控部二选一风阀切换至室外通道，先停止风机运行，再驱动自动清理电刷自上而下对负极集尘基板反复清扫，使失效的防水透气纳米纤维膜落入废弃膜收集盒之中，在自动清理电刷受控运行完成后再将风机启动运行，将负极集尘基板吹送干净。当负极集尘基板完成净化后即可转入防水透气纳米纤维膜纺织阶段，纺织成型新的防水透气纳米纤维膜，继而再次执行杀菌除尘。
综上结合图示的实施例详述可见，本发明该新风净化的技术解决方案具备突出的实质性特点。且应用实施后体现了显著的进步性：通过在新风净化装置内引入纳米纤维膜自动纺织和清理的机电构件，利用防水透气纳米纤维膜表面积大、吸附能力强、环保性的特点，降低耗材更换率从而节省使用成本，且能有效保持装置的出风效果和风机使用寿命并降低能耗；同时使用后废物体积小、易处理，避免了对环境造成的二次污染。
除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种自清洁的新风净化装置，包括主控部、用于将室外空气导入装置的风机和朝向室内或室外导向排风的二选一风阀，其特征在于：所述风机与二选一风阀之间设有杀菌集尘的复合净化组件，所述复合净化组件由纺丝供液单元、涂覆单元、正极高压发生极丝、负极集尘基板、自动清理电刷、废弃膜收集盒、传感器模块构成，纺丝液通过主控部驱动纺丝供液单元和涂覆单元附着在正极高压发生极丝上，且在负极集尘基板上吸附纳米级的拉丝，并无序纺织成形为可清理脱落的防水透气纳米纤维膜。
2.根据权利要求1所述自清洁的新风净化装置，其特征在于：所述纺丝供液单元由储液罐、供液泵、供液管道和电加热器构成，所述储液罐内装填有足量的纺丝液并通过电加热器供能保持液态，且所述纺丝液通过供液管道受驱于供液泵在涂覆单元和储液罐之间循环流动。
3.根据权利要求1所述自清洁的新风净化装置，其特征在于：所述涂覆单元由涂覆电机和涂覆模块构成，所述涂覆模块受驱于涂覆电机沿正极高压发生极丝横向移动并在正极高压发生极丝上涂覆纺丝液。
4.根据权利要求1所述自清洁的新风净化装置，其特征在于：所述负极集尘基板落座设于废弃膜收集盒内且中部设有直立竖杆，所述自动清理电刷装接于直立竖杆并受驱自上而下对负极集尘基板清扫作业，使失效的防水透气纳米纤维膜落入废弃膜收集盒之中。
5.根据权利要求1所述自清洁的新风净化装置，其特征在于：所述传感器模块包含组合式的空气质量传感器和感应风阻的气压传感器。
6.根据权利要求1或5所述自清洁的新风净化装置，其特征在于：所述传感器模块包括沿风向设于正极高压发生极丝之前的前端传感模组，设于负极集尘基板之后的后端传感模组，且主控部预设有对应判断防水透气纳米纤维膜失效的前、后端传感模组差值范围。
7.一种自清洁的新风净化方法，通过权利要求1所述的新风净化装置实现，其特征在于包括防水透气纳米纤维膜纺织、杀菌除尘和自动清洁三个阶段的运行过程，其中，
所述防水透气纳米纤维膜纺织阶段中，纺丝液在储液罐中受电加热器加热保持液态，并由供液泵驱动将纺丝液通过供液管道送入涂覆单元，再由涂覆单元在正极高压发生极丝上横向涂覆纺丝液，所述纺丝液在高压静电的电场力、液滴的张力和重力作用下以纳米级的拉丝吸附至负极集尘基板上，并无序纺织成形防水透气纳米纤维膜；
所述杀菌除尘阶段中，正极高压发生极丝加载正极高电压，对由风机导入装置的空气进行灭菌、灭病毒、灭虫处理，且负极集尘基板加载负极高电压，基于防水透气纳米纤维膜进行除湿和吸附微尘颗粒；
所述自动清洁阶段中，由传感器模块检测流经的空气判断防水透气纳米纤维膜的失效状态，并信号反馈主控部驱动自动清理电刷自上而下对负极集尘基板反复清扫，使失效的防水透气纳米纤维膜落入废弃膜收集盒之中，净化负极集尘基板后转入防水透气纳米纤维膜纺织阶段。
8.根据权利要求7所述自清洁的新风净化方法，其特征在于：防水透气纳米纤维膜纺织阶段中所述风机停止转动，且二选一风阀切换至室外通道；杀菌除尘阶段中所述风机启动运行并将纺丝供液单元、涂覆单元、自动清理电刷停止运行，且二选一风阀切换至室内通道；自动清洁阶段中所述二选一风阀切换至室外通道，先停止风机运行，并在自动清理电刷受控运行完成后再将风机启动运行。
9.根据权利要求7所述自清洁的新风净化方法，其特征在于：所述正极高压发生极丝横向平行间隔设置，防水透气纳米纤维膜纺织阶段中所述涂覆单元以横向均匀、竖向自上而下递减的供料强度在正极高压发生极丝上涂覆纺丝液。
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