CN115155811B - 基于高压静电场的氡子体过滤模块及方法 - Google Patents

Abstract

基于高压静电场的氡子体过滤模块及方法，涉及空气净化技术领域。基于高压静电场的氡子体过滤模块，包括外壳、板线式电离层和活性炭布吸附层；外壳呈两端敞口的筒形；板线式电离层包括外框架A、导流板和钨丝；活性炭布吸附层包括外框架B、金属网和活性炭布；板线式电离层和活性炭布吸附层间隔安装在外壳内腔中。一种氡子体过滤方法，应用于上述的基于高压静电场的氡子体过滤模块。本发明的优点在于，空气流经板线式电离层时必然会经过电离区间，不存在漏处理的情况，从而确保了电离效果，后续仅需在活性炭布吸附层通负电，即可使带正电的气溶胶颗粒吸附在活性炭布上；即仅采用一个高压静电场即可实现较好的氡子体去除效果。

Description

基于高压静电场的氡子体过滤模块及方法

技术领域

本发明涉及空气净化技术领域，特别是一种基于高压静电场的氡子体过滤模块及方法。

背景技术

氡(²²²Rn)是一种无色、无臭、无味的天然放射性气体，衰变期为3.82天，属于²³⁸U衰变链，是常见于岩石和土壤中²²⁶Ra的α衰变产物。氡及其子体是已知自然本底辐射的主要贡献者，混凝土墙体、建筑材料、地基土壤中的氡及氡子体在扩散或对流过程的驱动下，通过各种孔隙和裂隙自由迁移进入建筑物，并达到室内高浓度，造成室内环境污染。

氡衰变后产生一系列放射性更强的子体，氡子体具有很强的附着能力，一方面能牢固的附着在仪器表面，形成难以擦掉的放射性薄层，对电子设备和仪器仪表的正常运行严重干扰，缩短仪器的使用寿命；另一方面容易粘附在空气中的灰尘和水珠上，形成放射性气溶胶，放射性气溶胶会随着人的呼吸进入人体内。氡及其子体一旦被人体吸入，其产生的辐射会增加患肺癌的风险，其对肺脏的危害仅次于吸烟。国际癌症研究机构(IARC)已将氡认定为Ⅰ类致癌物质，同时世界卫生组织(WHO)也把氡列为19种主要的环境致癌物质之一。因此，有效降低空气中氡子体的浓度是解决氡污染的关键。

授权公告号为CN102764558的发明专利公开了一种去除空气中氡子体的方法，其通过风机的作用驱动带电的氡子体依次流经圆管式高压静电场和平板式高压静电场；当氡子体流经圆管式高压静电场时，被电场负极吸引并被吸附在金属圆管的管壁上；当氡子体流经平板式高压静电场时，被吸附在极性为负极的平板电极上；从而降低了空气中氡子体的浓度。

上述方法在实际应用中存在以下不足之处：

1、在圆管式高压静电装置中，仅在各个金属圆管的内孔中存在静电场，仅当氡子体流经金属圆管的内孔时，才会被电场负极捕捉吸附，当氡子体流经金属圆管的外壁时，并未处在静电场内，也就无法被电场负极捕捉吸附，因此圆管式高压静电装置必然存在一定的漏处理率。为了解决圆管式高压静电装置存在漏处理的问题，增设了平板式高压静电场，对圆管式高压静电装置处理过的空气进行二次处理。圆管式高压静电场和平板式高压静电场都需要单独供电和单独控制，使整体装置能耗较大，控制要求高。

2、在圆管式高压静电装置中，所有的电极针都固定安装在金属板上，金属板上均布有多个供空气通过的方孔，当(待去除氡子体的)空气流经金属板时，会不可避免的降低气流的通过性。

3、对氡子体的过滤主要依赖于圆管式高压静电场和平板式高压静电场，气流行程相对较长，使整体装置结构复杂，厚度增加，占用空间大；另外，由于圆管式高压静电装置中的金属板影响了气流的通过性，为了保证通风量，就需要进一步增大整体装置的体积。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种基于高压静电场的氡子体过滤模块及方法，它解决了现有去除空气中氡子体装置整体能耗较大、控制要求较高、结构复杂、体积较大、气流通过性差的问题。

本发明的技术方案是：基于高压静电场的氡子体过滤模块，包括外壳、板线式电离层和活性炭布吸附层；外壳呈两端敞口的筒形；板线式电离层包括外框架A、导流板和钨丝；外框架A呈环形并与外壳内腔截面形状相适应；多条导流板间隔且相互平行布置在外框架A内部，相邻的两条导流板之间形成电离区间；钨丝平行于导流板布置在每个电离区间内，钨丝的两端分别与外框架A的内壁固定连接；活性炭布吸附层包括外框架B、金属网和活性炭布；外框架B呈环形并与外壳内腔截面形状相适应；金属网和活性炭布分别固定安装在外框架B内侧；板线式电离层和活性炭布吸附层间隔安装在外壳内腔中，并且，活性炭布吸附层的金属网相对靠近板线式电离层。

本发明进一步的技术方案是：其还包括高压直流电源；高压直流电源固定安装在外壳外壁上，其正极与板线式电离层的钨丝电连接，其负极与活性炭布吸附层的金属网电连接。

本发明再进一步的技术方案是：外壳从一端至另一端依次设有第一插装口、第二插装口、第三插装口和第四插装口，外壳内腔中设有正对第一插装口的第一插槽、正对第二插装口的第二插槽、正对第三插装口的第三插槽和正对第四插装口的第四插槽；所述板线式电离层的外框架A通过第二插装口活动插装在外壳内腔中的第二插槽内；所述活性炭布吸附层的外框架B通过第三插装口活动插装在外壳内腔中的第三插槽内；

其还包括PTFE过滤层和化纤过滤层；PTFE过滤层通过第一插装口可拆卸插装在外壳内腔中的第一插槽内；化纤过滤层通过第四插装口可拆卸插装在外壳内腔中的第四插槽内。

本发明更进一步的技术方案是：每个电离区间内有且仅有一根钨丝；每根钨丝均位于其所在电离区间的中心处。

本发明更进一步的技术方案是：高压直流电源的输出电压为2-10kV，输出电流为0-2.5mA。

本发明更进一步的技术方案是：基于高压静电场的氡子体过滤方法，应用于基于高压静电场的氡子体过滤模块，方法如下：

将氡子体过滤模块安装在送风装置的入风口处，以使待净化的空气通过外壳一端口进入外壳内腔，再依次通过PTFE过滤层、板线式电离层、活性炭布吸附层和化纤过滤层后，从外壳另一端口排出外壳内腔；

在空气流动过程中，首先，空气中的粉尘颗粒及水汽被拦截在PTFE过滤层中，之后，当空气流经板线式电离层时，由于钨丝电极被设置为正电电极，在钨丝周围会产生电晕区，使气溶胶颗粒被电流电离并损失电子变为带正电的气溶胶颗粒，接着，带正电的气溶胶颗粒在库仑力的作用下向活性炭布吸附层移动，由于金属网被设置为负电电极，利用异性相吸的原理，使带正电的气溶胶颗粒被吸附在活性炭布上，最后，去除了气溶胶颗粒的空气流经化纤过滤层时，空气中剩余的未结合态和结合态的氡子体被拦截在其上。

本发明进一步的技术方案是：所述送风装置为空气净化器或新风装置或中央空调。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、空气流经板线式电离层时必然会经过电离区间，不存在漏处理的情况，从而确保了电离效果，后续仅需在活性炭布吸附层通负电，即可使带正电的气溶胶颗粒吸附在活性炭布上；即仅采用一个高压静电场即可实现较好的氡子体去除效果，相比现有的采用两个高压静电场的氡子体去除装置，极大降低了运行能耗、控制难度、结构复杂度和整体体积。

2、外壳内部的各部件中，并不存在阻碍空气流动的结构或部件，空气流动较顺畅，另外，导流板在划分电离区间的同时，还起到了气体导流的作用。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为板线式电离层的结构示意图；

图3为活性炭布吸附层的结构示意图；

图4为化纤吸附层的结构示意图；

图5为外壳的结构示意图；

图6为本发明中的板线式电离层与活性炭布吸附层的工作原理图。

具体实施方式

实施例1：

如图1-6所示，基于高压静电场的氡子体过滤模块，包括外壳1、板线式电离层、活性炭布吸附层、PTFE过滤层4、化纤过滤层5和高压直流电源6。

外壳1呈两端敞口的筒形。外壳1从一端至另一端依次设有第一插装口11、第二插装口12、第三插装口13和第四插装口14，外壳1内腔中设有正对第一插装口11的第一插槽15、正对第二插装口12的第二插槽16、正对第三插装口13的第三插槽17和正对第四插装口14的第四插槽18。

板线式电离层包括外框架A21、导流板22和钨丝23。外框架A21呈环形并与外壳1内腔截面形状相适应。多条导流板22间隔且相互平行布置在外框架A21内部，相邻的两条导流板22之间形成电离区间。钨丝23平行于导流板22布置在每个电离区间内，钨丝23的两端分别与外框架A21的内壁固定连接。所述板线式电离层的外框架A21通过第二插装口12活动插装在外壳内腔中的第二插槽16内。

活性炭布吸附层包括外框架B31、金属网32和活性炭布33。外框架B31呈环形并与外壳1内腔截面形状相适应。金属网32和活性炭布33分别固定安装在外框架B31内侧。所述活性炭布吸附层的外框架B31通过第三插装口13活动插装在外壳1内腔中的第三插槽17内，并且，活性炭布吸附层的金属网32相对靠近板线式电离层。

PTFE过滤层4通过第一插装口11可拆卸插装在外壳1内腔中的第一插槽15内。

化纤过滤层5通过第四插装口14可拆卸插装在外壳1内腔中的第四插槽18内。

高压直流电源6固定安装在外壳1外壁上，其正极与板线式电离层的钨丝23电连接，其负极与活性炭布吸附层的金属网32电连接。

优选，每个电离区间内有且仅有一根钨丝23。每根钨丝23均位于其所在电离区间的中心处，具体的说，每根钨丝23距离其所在电离区间两侧的导流板22的垂直距离相等。

优选，化纤过滤层5呈波浪板形，以增大空气接触面积，提升对结合态和未结合态的氡子体的吸附效率。

优选，导流板22为铝制平板，起到划分电离区间及气体导流的作用。

优选，高压直流电源6的输出电压为2-10kV，输出电流为0-2.5mA。

简述本发明的工作原理：

其用于过滤空气中的氡子体，方法如下：将氡子体过滤模块安装在送风装置的入风口处(所述送风装置为空气净化器或新风装置或中央空调)，以使待净化的空气通过外壳1一端口进入外壳1内腔，再依次通过PTFE过滤层4、板线式电离层、活性炭布吸附层和化纤过滤层5后，从外壳1另一端口排出外壳1内腔。

在空气流动过程中，首先，空气中的粉尘颗粒及水汽被拦截在PTFE过滤层4中，之后，当空气流经板线式电离层时，由于钨丝23被设置为正电电极，在钨丝23周围会产生电晕区，使气溶胶颗粒被电流电离并损失电子变为带正电的气溶胶颗粒，接着，带正电的气溶胶颗粒在库仑力的作用下向活性炭布吸附层移动，由于金属网32被设置为负电电极，利用异性相吸的原理，使带正电的气溶胶颗粒被吸附在活性炭布33上，最后，去除了气溶胶颗粒的空气流经化纤过滤层5时，空气中剩余的未结合态和结合态的氡子体被拦截在化纤过滤层5上。

关于本发明的技术效果说明：

在人防工程(体积为600m³)中及居民住宅中(客厅体积为65m³，卧式体积为50m³)分别测试去除氡子体的效果，测试效果参见表1和表2，从实测效果可以看出，本发明可满足室内降氡除氡要求。

表1：本发明应用在人防工程中的实际运行效果

表2：本发明应用在居民住宅中中的实际运行效果

人防工程测试中，设置送风装置的风量为900m³/h(强风)和600m³/h(弱风)两档风量。运行3h后，强风下氡子体RnD去除率为85％-90％，弱风下氡子体RnD去除率为80％-87％，除氡降氡效果明显。

在居民住宅测试中，设置送风装置的风量为100m³/h(强风)和80m³/h(弱风)两档风量。运行2h后，强风下氡子体RnD去除率为87％-91％，弱风下氡子体RnD去除率为85％-90％，并处于稳定状态。

Claims (7)

1.基于高压静电场的氡子体过滤模块，包括外壳、板线式电离层和活性炭布吸附层；外壳呈两端敞口的筒形；板线式电离层包括外框架A、导流板和钨丝；外框架A呈环形并与外壳内腔截面形状相适应；多条导流板间隔且相互平行布置在外框架A内部，相邻的两条导流板之间形成电离区间；钨丝平行于导流板布置在每个电离区间内，钨丝的两端分别与外框架A的内壁固定连接；活性炭布吸附层包括外框架B、金属网和活性炭布；外框架B呈环形并与外壳内腔截面形状相适应；金属网和活性炭布分别固定安装在外框架B内侧；板线式电离层和活性炭布吸附层间隔安装在外壳内腔中，并且，活性炭布吸附层的金属网相对靠近板线式电离层；

钨丝设置为正电电极，金属网设置为负电电极，仅通过一个高压静电场实现氡子体去除。

2.如权利要求1所述的基于高压静电场的氡子体过滤模块，其特征是：其还包括高压直流电源；高压直流电源固定安装在外壳外壁上，其正极与板线式电离层的钨丝电连接，其负极与活性炭布吸附层的金属网电连接。

3.如权利要求2所述的基于高压静电场的氡子体过滤模块，其特征是：外壳从一端至另一端依次设有第一插装口、第二插装口、第三插装口和第四插装口，外壳内腔中设有正对第一插装口的第一插槽、正对第二插装口的第二插槽、正对第三插装口的第三插槽和正对第四插装口的第四插槽；所述板线式电离层的外框架A通过第二插装口活动插装在外壳内腔中的第二插槽内；所述活性炭布吸附层的外框架B通过第三插装口活动插装在外壳内腔中的第三插槽内；

其还包括PTFE过滤层和化纤过滤层；PTFE过滤层通过第一插装口可拆卸插装在外壳内腔中的第一插槽内；化纤过滤层通过第四插装口可拆卸插装在外壳内腔中的第四插槽内。

4.如权利要求3所述的基于高压静电场的氡子体过滤模块，其特征是：每个电离区间内有且仅有一根钨丝；每根钨丝均位于其所在电离区间的中心处。

5.如权利要求4所述的基于高压静电场的氡子体过滤模块，其特征是：高压直流电源的输出电压为2-10kV，输出电流为0-2.5mA。

6.一种氡子体过滤方法，其特征是，应用于权利要求4或5所述的基于高压静电场的氡子体过滤模块，方法如下：

将氡子体过滤模块安装在送风装置的入风口处，以使待净化的空气通过外壳一端口进入外壳内腔，再依次通过PTFE过滤层、板线式电离层、活性炭布吸附层和化纤过滤层后，从外壳另一端口排出外壳内腔；

在空气流动过程中，首先，空气中的粉尘颗粒及水汽被拦截在PTFE过滤层中，之后，当空气流经板线式电离层时，由于钨丝电极被设置为正电电极，在钨丝周围会产生电晕区，使气溶胶颗粒被电流电离并损失电子变为带正电的气溶胶颗粒，接着，带正电的气溶胶颗粒在库仑力的作用下向活性炭布吸附层移动，由于金属网被设置为负电电极，利用异性相吸的原理，使带正电的气溶胶颗粒被吸附在活性炭布上，最后，去除了气溶胶颗粒的空气流经化纤过滤层时，空气中剩余的未结合态和结合态的氡子体被拦截在其上。

7.如权利要求6所述的基于高压静电场的氡子体过滤方法，其特征是，所述送风装置为空气净化器或新风装置或中央空调。