CN113144809A - 一种涡街式云雾空气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涡街式云雾空气净化装置，包括风机、空心圆柱、云雾发生器套件、云雾混合段、整流阻尼网、电极板、高压电极板、接地电极板和电极板等。本发明利用圆柱绕流尾流中漩涡及湍流流场特性、荷电云雾捕集技术，实现云雾自动吸入，荷电云雾与含尘气流中的细颗粒物相互作用，布朗运动、库伦力的吸引、漩涡及湍流导致的细颗粒与云雾的聚并，多种聚并形式耦合作用下，快速形成较大颗粒的液滴，并在静电力作用下沉积回收。本发明对PM2.5脱除效率高，能耗低、用水量少，结构紧凑，便于现有通风系统的改造。

Description

一种涡街式云雾空气净化装置

技术领域

本发明涉及空气净化领域，尤其涉及一种涡街式云雾空气净化装置。

背景技术

近年来，全球普遍雾霾频发，罪魁祸首是细颗粒物PM2.5。PM2.5主要由水溶性离子、颗粒有机物和微量元素等组成，其前体物包括二氧化硫、一氧化氮、挥发性有机化合物等。研究发现PM2.5因其粒径小，相对PM10比表面积较大，因此更容易富集空气中的有机污染物、酸性氧化物、有毒重金属、细菌和病毒。当PM2.5被人吸入到体内时，通过呼吸进入血液就可以产生并导致人体呼吸、内分泌、心血管、神经及免疫等各系统疾病的产生。目前，国内外鲜有适宜的方法将PM2.5对症下药，故其在人类社会中表现极为猖獗。

传统的湿式除尘器是使含尘气体与水密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞、混合等作用使颗粒增大或直接捕集颗粒，但是对粒径小于2.5μm的细颗粒物脱除效果不理想。近年来，应用超声雾化原理，超细化液滴粒径，强化污染气体与液雾的凝并团聚过程，得到了一些学者的关注。中国专利CN201610803531.3“一种尾气处理装置和处理方法”采用超声雾化喷嘴，使液滴粒径为20微米左右，应用声波团聚强化液滴与细颗粒物的碰撞团聚速率，由于声波团聚能耗过高，作用机理还不够清晰，距离实际应用还有一段距离。中国专利CN201520441267.4“云式除尘系统”设置了液雾发生器、颗粒生长区及云式除尘装置，含尘气流与液雾混合缓慢，含尘气流速度较小，整套装置比较复杂，结构尺寸大，其推广和应用受到限制。中国专利CN 2018103151904“一种云雾式空气净化装置”，其综合应用附壁射流、旋转射流的流动特性，保证气流中的细颗粒物与云雾小液滴碰撞、凝并、团聚过程作用充分，但是其装置仍然较为复杂。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种涡街式云雾空气净化装置，适用于室内新风系统的细颗粒物高效脱除装置，利用云雾发生器套件将水雾化形成云雾，根据圆柱绕流流场特性，耦合荷电云雾捕集技术，使荷电云雾与含尘气流中的细颗粒物在漩涡及湍流尾流中发生强烈的相互作用，强化细颗粒物凝并团聚过程，提高细颗粒物的脱除速率，为室内提供干净、清新的空气。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

本发明所述的涡街式云雾空气净化装置，包括风机、空心圆柱、云雾发生器套件、云雾混合段、整流阻尼网、高压电极板、接地电极板、电极板、沉积段，

所述风机设置于装置最左端，通过变截面管道与云雾混合段左端相连，其轴心线与管道中心线高度一致；

所述云雾混合段管道截面为长方形；

所述空心圆柱位于云雾混合段内，其轴心线垂直于含尘气流流动方向，在空心圆柱靠近云雾混合段管道内壁的壁上开设与其轴线平行的云雾缝；

所述云雾发生器套件通过管道与云雾混合段底部相连，且接入口位于空心圆柱空腔对应的位置；

所述整流阻尼网设置在云雾混合段内，且位于圆柱绕流湍流尾流不明显的位置；

所述高压电极板、接地电极板在沉积段内部相对设置。

进一步地，所述云雾缝的出口和入口均做倒圆处理，使云雾缝的侧壁为流线型。

进一步地，所述云雾缝的两侧分别设置电极板，左侧电极板与高压静电发生器相连，右侧电极板接地。

进一步地，所述整流阻尼网呈网格状，通过螺栓固定在云雾混合段和沉积段之间。

进一步地，所述空心圆柱采用聚四氟乙烯材料制成。

进一步地，所述集水口位于接地电极板中部，在接地电极板下壁面开设通孔并加工螺纹，通过螺纹连接小管嘴形成集水口。

进一步地，所述云雾缝边缘最左位置点与空心圆柱轴心线的连线与气体来流方向的夹角不能小于82°，所述云雾缝左侧边缘距离边界层分离点存在间隙。

进一步地，空心圆柱的数量为多个，多个空心圆柱呈单列排列或多列的阵列排布，空心圆柱呈多列阵列排布时各空心圆柱呈交错布置状态。

本发明的有益效果：

本发明综合应用圆柱绕流尾流特有流场分布规律和荷电云雾捕集技术，实现云雾自动吸入圆柱绕流尾流漩涡内，并在尾流漩涡及湍流区域内荷电云雾与气流中的细颗粒物发生碰撞、静电吸附，促使较大尺寸的含颗粒物液滴的快速形成。本发明流动结构部件进一步减少，结构更加紧凑，便于现有通风系统的改造，空气净化过程中能耗低、用水量少。

附图说明

图1为本发明所述涡街式云雾空气净化装置的结构示意图；

图2为本发明所述空心圆柱气体绕流流场特征示意图；

图3是一定的雷诺数范围内空心圆柱绕流尾流图；

附图标记说明如下：

1、风机；2、空心圆柱；3、云雾发生器套件；4、云雾混合段；5、整流阻尼网；6、高压电极板；7、接地电极板；8、集水口；9、边界层分离点；10、云雾缝；11、电极板。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的涡街式云雾空气净化装置，包括风机1、空心圆柱2、云雾发生器套件3、云雾混合段4、整流阻尼网5、高压电极板6、接地电极板7、电极板11，所述风机1设置于装置最左端，通过变截面管道与云雾混合段4左端相连，其轴心线与管道中心线高度一致。所述云雾混合段4管道截面为长方形；所述云雾发生器套件3通过管道与云雾混合段4底部相连，且接入口位于空心圆柱2空腔对应的位置。

如图2所示，空心圆柱2位于云雾混合段4内，其轴心线垂直于含尘气流流动方向，在空心圆柱2靠近云雾混合段4管道内壁的壁上开设与其轴线平行的云雾缝10。具体的，所述空心圆柱2采用聚四氟乙烯材料制成。当云雾经过云雾缝10时，在静电场的作用下带上负电荷。空气以均匀的速度由远处而来绕过圆柱空心圆柱2，气流会在圆柱后发展为复杂的流动。

随雷诺数的增加，柱体后的流动形态会由对称向不对称转变，并产生卡门涡街，如图3所示。将空心圆柱2气体绕流的雷诺数控制在150～300000之间，在与气体来流方向存在夹角的空心圆柱2表面上，出现层流边界层分离，由此，空心圆柱2下游离空心圆柱2不远处出现交错布置的漩涡，在更远的下游区域则出现湍流流态。

所述云雾缝10的出口和入口均做倒圆处理，使云雾缝10的侧壁为流线型。所述云雾缝10的两侧分别设置电极板11，左侧电极板与高压静电发生器相连，右侧电极板接地，当云雾经过云雾缝10时，云雾颗粒在电极板11产生的静电场的作用下带上负电荷。云雾颗粒粒径一般在1微米到100微米之间，而水雾颗粒粒径一般在100微米以上，相比水雾颗粒，云雾颗粒更加细小，单位质量的水具有更大的表面积，荷电性更强，与细颗粒物的粒径更加相近更易碰撞。

所述整流阻尼网5呈网格状，通过螺栓固定在云雾混合段4和沉积段之间，整流阻尼网5设置在圆柱绕流湍流尾流不明显的位置，确保带电云雾与细颗粒物凝并团聚充分。所述沉积段管道截面呈长方形，右端开口，所述沉积段管道与云雾混合段4截面相同。沉积段内部上表面设有高压电极板6，内部下表面设有接地电极板7，用静电力捕集含颗粒物液滴。

所述集水口8位于接地电极板7中部，在接地电极板7下壁面开设通孔并加工螺纹，通过螺纹连接小管嘴形成集水口8，集水口8用来收集液滴。

优选的，所述云雾缝10出口边缘最靠近空气来流方向的位置点与空心圆柱2轴心线的连线与气体来流方向的夹角不能小于82°，所述云雾缝10左侧边缘距离边界层分离点9存在间隙。

空心圆柱2的数量为多个，多个空心圆柱2呈单列排列或多列的阵列排布，空心圆柱2呈多列阵列排布时各空心圆柱呈交错布置状态，这样可以进一步缩短圆柱绕流尾流区域长度，减小涡街式云雾空气净化装置结构尺寸；空心圆柱呈多列排列时各空心圆柱呈交错布置状态，确保含尘气流中的细颗粒物全部能与云雾充分接触。

本发明的工作过程是利用圆柱绕流尾流特有流场分布规律和荷电云雾捕集技术，在空心圆柱2最前缘和最后缘位置处，流速最高，但压强是空心圆柱2外壁近壁面处最低的，在空心圆柱2最前缘和最后缘位置处压强小于当地大气压。

具体的，云雾发生器套件3将水雾化成粒径极小的云雾后，云雾有较强的可流动性，极易向低压区流动，经过云雾缝10流出空心圆柱2。由于云雾缝10两侧安装一组电极板11形成匀强电场，当云雾经过云雾缝10时，在静电场的作用下带上负电荷。将空心圆柱2气体绕流的雷诺数控制在150～300000之间，在与气体来流方向的夹角为82度的空心圆柱2表面上，出现层流边界层分离，由此，空心圆柱2下游离空心圆柱不远处出现交错布置的漩涡，在更远的下游区域则出现湍流流态。在空心圆柱2尾流的漩涡和湍流区域中，荷电云雾与含尘气流中的细颗粒物相互作用，布朗运动、库伦力的吸引、漩涡及湍流导致的细颗粒与云雾的聚并，多种聚并形式耦合作用下，快速形成较大颗粒的液滴。整流阻尼网5将混乱的气流进一步整流为均匀流，使气流只有水平向右的速度，为静电捕集高效颗粒物提供良好的气流环境。

通过整流阻尼网5的气流在由高压电极板6、接地电极板7构成的高压静电场内，由于云雾与细颗粒物团聚后形成含颗粒物液滴有仍然带有负电荷，在静电力的作用下向接地电极板7运动沉积，经集水口8收集污水，干净气流从沉积段右端流出。

本发明中的涡街式云雾空气净化装置、针对含细颗粒物的液滴的沉积装置，均设置在通风管道内，没有额外的外置装置，结构简单，不需改变现有室内通风系统的主体管路布置。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种涡街式云雾空气净化装置，其特征在于，包括风机(1)、空心圆柱(2)、云雾发生器套件(3)、云雾混合段(4)、整流阻尼网(5)、高压电极板(6)、接地电极板(7)、电极板(11)、沉积段，

所述风机(1)设置于装置最左端，通过变截面管道与云雾混合段(4)左端相连，其轴心线与管道中心线高度一致；

所述云雾混合段(4)管道截面为长方形；

所述空心圆柱(2)位于云雾混合段(4)内，其轴心线垂直于含尘气流流动方向，在空心圆柱(2)靠近云雾混合段(4)管道内壁的壁上开设与其轴线平行的云雾缝(10)；

所述云雾发生器套件(3)通过管道与云雾混合段(4)底部相连，且接入口位于空心圆柱(2)空腔对应的位置；

所述整流阻尼网(5)设置在云雾混合段(4)内，且位于空心圆柱(2)绕流湍流尾流不明显的位置；

所述高压电极板(6)、接地电极板(7)在沉积段内部相对设置。

2.根据权利要求1所述的涡街式云雾空气净化装置，其特征在于，所述云雾缝(10)的出口和入口均做倒圆处理，使云雾缝(10)的侧壁为流线型。

3.根据权利要求1所述的涡街式云雾空气净化装置，其特征在于，所述云雾缝(10)的两侧分别设置电极板(11)，左侧电极板与高压静电发生器相连，右侧电极板接地。

4.根据权利要求1所述的涡街式云雾空气净化装置，其特征在于，所述整流阻尼网(5)呈网格状，通过螺栓固定在云雾混合段(4)和沉积段之间。

5.根据权利要求1所述的涡街式云雾空气净化装置，其特征在于，所述空心圆柱(2)采用聚四氟乙烯材料制成。

6.根据权利要求1所述的涡街式云雾空气净化装置，其特征在于，所述集水口(8)位于接地电极板(7)中部，在接地电极板(7)下壁面开设通孔并加工螺纹，通过螺纹连接小管嘴形成集水口(8)。

7.根据权利要求1所述的涡街式云雾空气净化装置，其特征在于，所述云雾缝(10)出口边缘最靠近空气来流方向的位置点与空心圆柱(2)轴心线的连线与气体来流方向的夹角不能小于82°，所述云雾缝(10)左侧边缘距离边界层分离点(9)存在间隙。

8.根据权利要求1所述的涡街式云雾空气净化装置，其特征在于，空心圆柱(2)的数量为多个，多个空心圆柱(2)呈单列排列或多列的阵列排布，空心圆柱(2)呈多列阵列排布时各空心圆柱呈交错布置状态。

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