CN113915715A - 一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统，包括外壳体、内壳体、雾化荷电模块、纤维布水集尘单元、清洗模块、负离子增效模块、吸附性金属滤网、水循环系统与负压通风系统；所述外壳体下部存在均匀进风口，上部设置出风口，内壳体内自下而上依次设置雾化荷电模块、纤维布水集尘单元、清洗模块、负离子增效模块与吸附性金属滤网；所述水循环系统供给雾化荷电模块与清洗模块所需循环水，所述负压通风系统用于室内风由壳体进风口至出风口的流通；所述上述装置实现了空气在该系统中的梯级净化。本发明不仅利用荷电水雾、负离子增效等多级方式提升了室内颗粒物的捕集效率，还通过带催化功能的纤维集尘表面、增加室内空气的负氧离子浓度，实现了对空气中颗粒物、甲醛、微生物等的全面净化。

Description

一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统
技术领域
本发明属于空气净化领域，特别涉及一种通过荷电雾化协同负氧离子发生来进行空气净化的设备系统。
背景技术
随着我国人民生活水平的不断提升，人们对健康呼吸有了进一步的诉求，但与之冲突的是我国室内空气从质量仍处于不宜居的亚健康状态。据统计，我国室内空气环境中，家庭居所的空气合格率为35%，政府及金融机构的空气合格率为20%，而办公环境的空气合格率仅为10%。室内空气污染物主要包括可吸入颗粒物、甲醛、挥发性有机物以及微生物污染物等，这些室内污染物已成为呼吸道疾病、过敏性疾病、癌症、心血管疾病等的主要“致病杀手”，严重危害了人们的身心健康。
保持空气流动并去除空气中的各类污染物是解决上述问题的主要途径，然而根据这一原理所设计的空气净化系统，大多只能拦截较大颗粒物，而无法对危害性更大的细颗粒物与气态污染物做出有效净化。
荷电雾化是利用感应荷电的原理使雾化液滴荷电，并促进液滴进一步雾化为更细小的液滴。荷电后的雾化液滴不仅更加细密，增加了对颗粒物的拦截概率，还因为携带有电荷而可以实现对细颗粒物的团聚效果，进一步增加了对颗粒物的捕集效果。电晕负氧离子发生是利用直流负高压作为电子释放源，使电子与空气中的其他分子结合生成负氧离子。负氧离子可有效聚沉颗粒物、杀灭多种气态污染物，同时有助于提振人体免疫力、保护身体健康。
基于此，利用荷电雾化与负氧离子发生的原理净化室内空气是解决现有空气净化系统技术难点的一条可行思路。
发明内容
本发明提供了一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统，目的在于提高空气中颗粒物、甲醛、微生物等的净化效率，同时释放有益于室内环境的负氧离子与水分。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统，包括外壳体、内壳体、荷电雾化模块、纤维布水集尘单元、清洗模块、负离子增效模块、吸附性金属滤网、水循环系统与负压通风系统；所述外壳体下部存在均匀进风口，上部设置出风口，壳体内搭载有一切所需装置，自下而上依次设置承载雾化荷电模块、纤维布水集尘单元、清洗模块、负离子增效模块与吸附性金属滤网；所述水循环系统供给雾化荷电模块与清洗模块所需循环水，所述负压通风系统用于室内风由壳体进风口至出风口的流通；所述上述装置实现了空气在该系统中的梯级净化。
作为优选，所述外壳体下部设有均匀进风孔，其间附有一层初级过滤网，对吸入空气进行初级净化，对空气中的大颗粒进行过滤。
作为优选，所述荷电雾化模块排列有多个雾化喷嘴与感应电极环，各雾化喷嘴与感应电极环一一对应，喷雾穿过感应电极环实现感应荷电雾化。
作为优选，所述感应电极环连接正高压电源，喷雾穿过电极环后感应携带有负电荷，荷电液滴在静电力与多次破碎效果下能够更有效得捕集空气中的细颗粒物。
作为优选，所述纤维布水集尘单元上有多条纤维滤布，纤维滤布选用绝缘材料，内部附着有甲醛清除剂，使其兼具电绝缘、除甲醛、吸附颗粒物等特性。作为优选，所述维布水集尘单元上包括多个方形、圆形或多边形通道，通道壁面为多功能纤维滤布，纤维滤布内部附着有甲醛等污染物催化清除剂，使其兼具除甲醛、吸附颗粒物等特性。
作为优选，所述清洗模块的清洗水由水循环系统供给，通过顶部喷头释放，用以清洗通道壁面上的附着颗粒物。
作为优选，所述纤维布水集尘单元布置于雾化荷电模块上方、清洗模块下方。部分荷电雾滴携带捕获的细颗粒在经过纤维布水集尘单元各通道时，在静电力的作用下运动到通道壁面被吸附，有效提升细颗粒的脱除率。同时，为保持通道壁面的清洁，在系统运行的过程中，可通过定时开启清洗模块进行壁面的清洗。
作为优选，所述负离子增效模块连接有负高压电源，通过多个尖端电晕放电生成负离子。部分负离子与空气中的荷电液滴/细颗粒进一步结合增强粒子带电量，部分进入净化后的空气增加空气中负离子的浓度。
作为优选，所述吸附性金属滤网位于负压风机与负氧离子增效模块之间，通过静电吸附对空气中强化荷电后的液滴/细颗粒进行高效脱除。
作为优选，所述水循环系统的集水池可更换水源、可单独拆卸；所述水循环系统的水泵入水口处设置有水质过滤网用于过滤水中杂质。
本发明至少达到以下有益效果：
1、本发明的梯级空气净化系统，能够同步进行雾化除尘与负氧离子杀菌，提高了空气净化的效率并降低了能耗。具体地，雾化荷电模块与负氧离子增效模块实现了功能上的集成，一方面使颗粒物分级荷载上同性负电荷，两次荷电强化了空气中颗粒物的荷电量，使荷电颗粒物更易于被吸附式金属滤网拦截，另一方面通过更高效的水雾荷电除尘，减少了循环水使用次数，同时使新风中携带有杀菌灭毒效果的负氧离子进入室内。本发明通过初级过滤网过滤、荷电雾化捕集、纤维滤布吸附、负氧离子增效、高效金属网拦截等多种方式，实现了多层次的空气净化，能有效提升循环空气的净化质量。本发明通过这几个阶段先后顺序的合理的搭配，使得净化效果达到最佳。
2、本发明通过多级多段式净化，针对性得依次去除各类污染物，不仅能够很好的实现空气中大颗粒物的脱除，可有效脱除细颗粒物，解决原净化器净化效果不理想的弊端。本发明通过这几个阶段先后顺序的合理的搭配，避免了颗粒对净化效果的影响，使得净化效果达到最佳。
3、本发明中采用的雾化荷电模块与负氧离子增效模块，都能够使颗粒物荷载上同性负电荷，两次荷电强化了空气中颗粒物的荷电量，使荷电颗粒物更易于被吸附式金属滤网拦截。
4、本发明布置于雾化荷电区上方的纤维滤布对荷电液滴/颗粒有沾附、捕集作用，而经过雾滴湿润后的纤维滤布能进一步提升对颗粒的吸附效果，这一举措有效防止了被捕集的微小污染物二次逃离。
5、本发明采用的雾化荷电模块与负氧离子增效模块，均集成有多种功能，除使颗粒物荷电外，荷电雾化能够进一步促进荷电液滴的再破碎与空间弥散度，更有效拦截、团聚细颗粒物，负氧离子增效模块释放的负离子能与氧气结合生成具有主动净化效果的负氧离子。各模块的功能性集成节约了能源与使用空间。
6、本发明对循环空气采用了初级过滤网过滤、荷电雾化捕集、纤维滤布吸附、负氧离子增效、高效金属网拦截等多种过滤拦截方式，实现了多层级净化，提高了循环空气的净化质量。
7、本发明通过检测颗粒浓度来实现自动控制风机和荷电雾化模块的功率大小，实现系统智能化，同时节约能源，而且通过数值计算和实验研究，得出了最佳的空气的流速、进风口的空气颗粒浓度与雾化荷电参数之间的关系。
附图说明
图1为本发明荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统的结构示意图；
图中：1-外壳体；11-初级过滤网； 12-底座；2-内壳体；3-雾化荷电模块；31-雾化喷嘴；32-感应电极环；33-排状连接杆；4-纤维布水集尘单元；41-纤维滤布；42-悬挂架；5-负离子增效模块；51-电晕尖端；52-金属支架；6-水循环系统；61-集水池；611-排水管；62-水质过滤网；63-供水泵；64-循环水管路；65-开关阀；7-负压通风系统；71-负压风机；72-风室； 8-吸附性金属滤网；9-清洗模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步描述。以下实例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1展示了一种荷电水雾耦合负离子发生的梯级空气净化系统。如图1所示，所述空气净化系统包括外壳体1、内壳体2、雾化荷电模块3、纤维布水集尘单元4、负离子增效模块5、清洗模块9、吸附性金属滤网8、水循环系统6与负压通风系统7；所述外壳体1下部存在均匀进风口，并附着有初级过滤网11，上部设置出风口，内壳体自下而上依次设置承载雾化荷电模块3、纤维布水集尘单元4、清洗模块9、负离子增效模块5与吸附性金属滤网8；所述水循环系统供给雾化荷电模块3与清洗模块9所需循环水，所述负压通风系统7用于室内风由壳体进风口至出风口的流通。
作为优选，内壳体包括第一水平段、第二水平段和竖直段，所述第一水平段从进风口的上侧的外壳体水平延伸，竖直段从第一水平段的远离外壳的一端向上延伸，所述第二水平段从竖直段的远离第一水平段的一端水平延伸。
作为优选，第一水平段设置在雾化荷电模块3的上部，位于外壳1的中部，可实现隔音、电磁屏蔽等效果。
作为优选，第一水平段的延长线与纤维布水集尘单元4相交，其中交点位于纤维布水集尘单元4的中下部位置。
作为优选，第二水平段设置出风管，出风通道连接外壳的出风口。
本发明中，为了提高室内空气的净化效率，采用了分段处理、梯级净化、主动清洁的方式，依次去除空气中的大颗粒物、多数细颗粒物、甲醛及微生物污染物、残存细颗粒物，并对室内环境释放有益于人体的负氧离子及水分。依据这一净化原则依次安装有初级过滤网、雾化荷电模块、纤维布水集尘单元、负氧离子增效模块与吸附性金属滤网，同时使用清洁模块定期清理积尘。
通过分为多个不同的段，每个段都有针对性的除去不同的污染物，不仅能够很好的实现空气中大颗粒物的脱除，可有效脱除细颗粒物，解决原净化器净化效果不理想的弊端。
本发明通过这几个阶段先后顺序的合理的搭配，避免了颗粒对净化效果的影响，使得净化效果达到最佳。相反，通过大量的实验发现，如果将几个阶段的顺序不按照本申请进行排列，则污染物排出的效果明显的不好。因此本发明的这几个阶段的循序搭配属于本发明的一个发明点。
本发明通过设置内壳，同时把大部分部件设置在内壳中，一方面能够实现隔音、电磁屏蔽效果，同时也能够使得管路布置方便。
作为优选，如图1所示，负压通风系统7包括负压风机71、风室72、，所述上部的出风管设置负压风机71，所述负压风机71设置在吸附性金属滤网8的上部，优选连接方式可为弹性连接或法兰连接，所述风室位于壳体间空气流通场所。作为优选，风室连接进风口，所述风室出来的风经过雾化荷电模块3。本实施例中，负压风机启动后风室72中形成负压环境，室内风由壳体1上的均匀入风口吸入风室72，途经初级过滤网11做第一次过滤，此时形成的过滤风在此称之为一级净化风。
一级净化风在风室72中向上流动，依次经过雾化荷电模块3、纤维布水集尘单元4、负离子增效模块5与吸附性金属滤网8。
雾化荷电模块3位于内壳体2下部，包括雾化喷嘴31、感应电极环32与排状连接杆33。所述雾化荷电模块3中，各感应电极环32由排状连接杆33固定，雾化喷嘴31位于感应电极环32垂直下方，数量、位置严格一一对应。所述感应电极环32连接有正高压电源，优选输出电压一般为3-12kv之间。电源启动后，电极环32表面累积有正偶电层使穿过液滴感应生成负电荷。所述雾化喷嘴31连接水循环系统6的循环水管路64，将循环用水雾化喷出，经过感应电极环32后感应携带极性相反的负电荷，并形成更加细密的水雾。一级净化风穿越细密水雾带时，携带的颗粒物将在静电力、碰撞力、液桥力的多重作用下团聚、凝并，并随液滴沉降至纤维布水集尘单元4与集水池61中。所述集水池61中含有水质沉淀剂，并装有排水口611，可实现循环水的清洁、更换，循环水由集水池经水质过滤网62作过滤处理，随后由水泵运送至循环水管路64，进而进入雾化喷嘴作下一次循环使用。这一过程强化了单次水雾除尘的效率，降低了循环水消耗，同时能有效清除动力学直径更小的颗粒物，而净化风中少量逃逸的颗粒物也获得了初次荷电。
作为优选，如图1所示，纤维布水集尘单元4位于雾化喷嘴31上方，包括纤维滤布41与悬挂架42，所述纤维滤布41自然垂直穿插在感应电极环32的间隙中，其顶端连接层穿套固定在悬挂架42上，所述悬挂架42搭载于内壳体2。纤维滤布41本身可沾附、拦截过滤风中的颗粒物，经雾化液滴湿润后强化了其对颗粒物的吸附能力，能有效防止雾化处理后的污染物二次逃逸，其内部附着的甲醛等室内污染物催化清洁剂，使其兼具去除甲醛、吸附颗粒物等特性。位于其上方的清洗模块9将水循环系统6中的清洁水定时由顶端喷头喷出，清洗液滴冲刷通道壁面，使沉积颗粒物等随液滴落入集水池61中，完成纤维布水集尘单元4的单次清洗，清洗间隔可根据室内空气污染物浓度人工选择调整。本实例中完成以上杀菌、除尘、吸附过滤处理的空气称之为二级净化风。
作为优选，如图1所示，负离子增效模块5位于雾化喷嘴31上方，包括电晕尖端51与金属支架52。所述金属支架52上分布焊接有多个电晕尖端51，同时连接有负高压电源，优选输出电压控制在-5kv至-30kv之间，可依据室内污染物浓度调节。所述电晕尖端51向风室72释放负电子，使二级净化风电离生成负氧离子，将空气中残存的细小颗粒物再次负载上同性负电荷，实现二次荷电，同时杀灭过滤风中的其他污染物如细菌、病毒、有害气体等，剩余负氧离子将随过净化进入室内成为具有主动净化效果的新风。负氧离子与颗粒物的二次荷电集成产生，降低了使用能耗与设备空间。
吸附性金属过滤网8位于负离子增效模块5上方、负压风机71下方，二级净化风在此处做最后一级过滤，二级净化风中残存的少量强化荷电尘粒被吸附性金属过滤网8吸附过滤，随后在负压风机71的牵引下，携带负氧离子的净化新风进入室内，也称之为三级净化风。
使用荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统，能够同步进行雾化除尘与负氧离子杀菌，提高了空气净化的效率并降低了能耗。具体地，雾化荷电模块与负氧离子增效模块实现了功能上的集成，一方面使颗粒物分级荷载上同性负电荷，两次荷电强化了空气中颗粒物的荷电量，使荷电颗粒物更易于被吸附式金属滤网拦截，另一方面通过更高效的荷电水雾除尘，减少了循环水使用次数，同时使新风中携带有杀菌灭毒效果的负氧离子进入室内。本发明通过初级过滤网过滤、荷电雾化捕集、纤维滤布吸附、负氧离子增效、高效金属网拦截等多种过滤拦截方式，实现了多层次的空气净化，能有效提升循环空气的净化质量。
作为优选，进风口设置颗粒检测器，用于检测进风中的颗粒浓度，所述颗粒检测器与控制器数据连接，所述控制器根据检测的数据控制雾化荷电模块3的功率的大小。
当检测的颗粒浓度增加时，控制器控制雾化荷电模块3的功率增加，从而提高去除颗粒的力度。当检测的颗粒浓度降低时，控制器控制雾化荷电模块3的功率降低，从而降低去除颗粒的力度，节约能源。
本发明通过上述的根据颗粒物浓度自动控制雾化荷电模块3的功率变化，从而进一步提高系统的智能化，节约能源。
作为优选，进风口设置颗粒检测器，用于检测进风中的颗粒浓度，所述颗粒检测器与控制器数据连接，所述控制器根据检测的数据控制出风口风机的功率的大小。
当检测的颗粒浓度增加时，控制器控制出风口风机的功率降低，从而使得进入的空气量降低，避免去除颗粒的力度不够导致出风口空气质量不达标。当检测的颗粒浓度降低时，控制器控制进风口风机或者出风口风机的功率增加，从而增加风量，保证进风的效率，同时能够实现颗粒浓度达到需求。
本发明通过上述的根据颗粒物浓度自动控制出风口风机的功率变化，保证出风的质量和效率达到要求，从而进一步提高系统的智能化，节约能源。
作为优选，上述的自动控制中，可以采用出风口设置颗粒检测器来代替前面所述的进风口的颗粒检测器，通过检测出风口颗粒浓度实现对雾化荷电模块3的功率的大小和出风口风机的功率的智能控制。控制方式和进风口设置颗粒检测器相同。
在实际研究中发现，进风口的空气流速、进风口的空气颗粒浓度与雾化荷电模块3的功率之间的比值有一个最佳的关系，如果流速与雾化荷电模块3的功率之间的比值过大，则输出的空气质量必然不好，达不到净化效果。空气颗粒浓度与雾化荷电模块3的功率之间的比值过大，则输出的空气质量必然不好，达不到净化效果，反之则造成动率过大的浪费。本发明通过数值计算和实验研究，得出了最佳的空气流速、进风口的空气颗粒浓度与雾化荷电模块3之间的关系。
控制器存入基准数据：空气的流速V空气、进风口的空气颗粒浓度N空气和雾化荷电模块3的功率W，此种基准数据下运行，雾化荷电模块3输出的空气颗粒浓度满足要求。
如果空气流速变为v空气、进风口的空气颗粒浓度n空气的时候，雾化荷电模块3的功率w满足如下运行模式：
w/W=a*(（v空气/V空气）*（n空气/ N空气）)b,其中a,b为参数，满足如下公式：
（v空气/V空气）*（n空气/ N空气）<1,0.97<a<1.0; 1.0<b<1.06;
（v空气/V空气）*（n空气/ N空气）=1, a=1，b=1；
（v空气/V空气）*（n空气/ N空气）, 1.0<a<1.03, 1.0<b<1.05;
其中在上述模式的公式中需要满足如下条件：0.88<（v空气/V空气）*（n空气/ N空气）<1.12；
所述的基准数据存储在控制器中。
作为优选，控制器存储多组基准数据。
作为优选，当满足多组基准数据时，选取（（1－v/V）2+（1－n/N ）2）的值最小的一组v和n。
通过上述的控制公式，雾化荷电模块3、风速能根据实际变化进行功率的调控，避免功率过大或者过小造成的能源损失或者导致的输出的空气质量达不到要求，进一步提高了系统的智能化程度。
作为优选，雾化荷电模块3通过调整感应电极环32连接的高压电源调节功率W的大小。
作为优选，进风口的空气颗粒浓度检测的是初级过滤网11过滤后的空气颗粒浓度。
作为优选，空气流速通过调整出风口风机的功率来实现。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统，其特征在于，包括外壳体、内壳体、雾化荷电模块、纤维布水集尘单元、清洗模块、负离子增效模块、吸附性金属滤网、水循环系统与负压通风系统；
所述外壳体下部存在均匀进风口，上部设置出风口，内壳体内自下而上依次设置承载雾化荷电模块、纤维布水集尘单元、清洗模块、负离子增效模块与吸附性金属滤网；所述水循环系统供给雾化荷电模块与清洗模块所需循环水，所述负压通风系统用于室内风由壳体进风口至出风口的流通；所述上述装置实现了空气在该系统中的梯级净化。
2.根据权利要求1所述的一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统，其特征在于，进风孔设置初级过滤网，对空气中的大颗粒进行过滤。
3.根据权利要求1所述的一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统，其特征在于，所述雾化荷电模块排列有多个雾化喷嘴与感应电极环，各雾化喷嘴与感应电极环一一对应，喷雾穿过感应电极环实现感应荷电雾化。
4.根据权利要求3所述的一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统，其特征在于，所述感应电极环连接正高压电源，喷雾穿过电极环后感应携带有负电荷，荷电液滴在静电力与多次破碎效果下能够更有效得捕集空气中的细颗粒物。
5.根据权利要求1所述的一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统，其特征在于，所述纤维布水集尘单元上包括多个方形、圆形或多边形通道，通道壁面为多功能纤维滤布，纤维滤布内部附着有甲醛等污染物催化清除剂。
6.根据权利要求1所述的一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统，其特征在于，所述清洗模块的清洗水由水循环系统供给，通过顶部喷头释放，用以清洗通道壁面上的附着颗粒物。
7.根据权利要求3或5之一所述的一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统，其特征在于，所述纤维布水集尘单元布置于雾化荷电模块上方、清洗模块下方；部分荷电雾滴携带捕获的细颗粒在经过纤维布水集尘单元各通道时，在静电力的作用下运动到通道壁面被吸附，有效提升细颗粒的脱除率；同时，为保持通道壁面的清洁，在系统运行的过程中，可通过定时开启清洗模块进行壁面的清洗。
8.根据权利要求1所述的一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统，其特征在于，所述负离子增效模块连接有负高压电源，通过多个尖端电晕放电生成负离子，部分负离子与空气中的荷电液滴/细颗粒进一步结合增强粒子带电量，部分进入净化后的空气增加空气中负离子的浓度。
9.根据权利要求1所述的一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统，其特征在于，所述吸附性金属滤网位于负压风机与负离子增效模块之间，通过静电吸附对空气中强化荷电后的液滴/细颗粒进行高效脱除。
10.根据权利要求1所述的一种荷电水雾耦合负离子增效的梯级空气净化系统，其特征在于，所述水循环系统的集水池中装有水质沉淀剂，可更换水源、可单独拆卸；所述水循环系统的水泵入水口处设置有水质过滤网用于过滤水中杂质。
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