CN117599561A - 一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，包括双层异向旋转分离装置和云除系统。双层异向旋转分离装置包括双层旋转叶片盘、主动轴、空心轴、锥齿轮组和隔板导油槽，两层旋转叶片盘分别固定于主动轴和空心轴上，能够实现同轴异向旋转；云除系统包括螺旋形翅片换热管和单层旋转叶片盘，经过旋转分离装置的高温湿润烟气在螺旋形翅片换热管的降温作用下达到过饱和水汽环境，烟气中可凝结颗粒物达到成核条件进行凝并长大的作用，凝结长大的颗粒物向螺旋形翅片换热管表面的翅片沉积，形成冷凝液膜，从而收集烟气中的细颗粒物。

Description

一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备

技术领域

本发明涉及分离设备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备。

背景技术

近十年来，我国餐饮业产值持续、稳步增长，全国餐饮业产值增长率始终高于同期的国内生产总值的增长率，是一个快速增长的行业，但与此同时，烹饪产生的大量油烟，对环境造成了日益严重的危害，已经成为大气污染的重要来源之一。油烟气溶胶细颗粒物主要对呼吸系统和心血管系统造成伤害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者的过早死等。

据统计，我国每半年消费食用油2100万吨。餐厨废弃油脂也是一个庞大的资源，烹饪油烟是餐厨废弃油脂重要的组成部分之一。目前，我国对废油脂中地沟油部分的综合利用主要是将地沟油醇解制取生物柴油(脂肪酸甲酯)，如今对生物柴油的研究以及政策扶持也越来越多并且使用废弃油脂制成的生物柴油已经远销海外。油烟中废弃油脂还没有很好地回收利用主要原因是缺乏先进的油烟分离并收集设备。随着资源的短缺和环境污染的双重压力，迫切需要寻求切实有效的方法控制油烟污染并回收这一部分资源进行再利用，所以研制更加高效的油烟捕集回收装置刻不容缓。

目前常见的油烟净化的途径主要销毁和收集利用。销毁主要是通过将油烟分解为无害物质，每分解一吨废弃油脂将会产生约33吨CO₂，这不仅浪费了废弃油脂的回收价值还不利于我国实现“碳达峰”。回收利用的处理方向主要是利用机械分离的方法，现在机械分离方式普遍使用旋转滤网实现，既解决静态滤网需要经常清洗的缺点，也能增大油烟颗粒物的捕集效率。当滤网以一定的速度进行旋转，滤网上捕捉到的颗粒由于离心作用将沿滤网编织方向向外运动，并最终被外侧的集油装置收集。

但是基于机械式分离法捕集油烟的设备均只能对粒径大于3μm的颗粒有一定的捕集效果，对于10μm以上的颗粒才能做到基本去除。对于人体健康危害最大的可吸入颗粒物通过机械离心分离并不能净化达标，还需要运用其他方法进行去除。

因此，有必要提出一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，包括：双层同轴异向旋转分离装置和云除系统装置，双层同轴异向旋转分离装置包括：

外壳、主动轴和双层旋转叶片盘，主动轴安装于外壳中心，主动轴顶端连接有电动机，双层旋转叶片盘安装于主动轴上且跟随主动轴异向旋转，外壳内壁设置有隔板导油槽；

云除系统装置包括：

螺旋形翅片换热管，螺旋形翅片换热管安装于双层同轴异向旋转分离装置下方，用于将烟气冷凝达到过饱和水汽后析出水汽，使细颗粒物凝并长大；

单层旋转叶片盘，单层旋转叶片盘安装于主动轴底端并布置于螺旋形翅片换热管下方，用于捕集云除系统逃逸的凝并长大后的颗粒物。

优选的是，双层同轴异向旋转分离装置还包括：

空心轴，空心轴通过调心球轴承套设于主动轴外侧；

大锥齿轮组，大锥齿轮组的两个大锥齿轮分别连接于主动轴和空心轴上；

小锥齿轮组，小锥齿轮组的两个小锥齿轮同时啮合连接于两个大锥齿轮之间，小锥齿轮组转轴与外壳转动连接。

优选的是，双层旋转叶片盘包括第一层旋转叶片盘和第二层旋转叶片盘，第一层旋转叶片盘安装于空心轴上，第二层旋转叶片盘安装于主动轴上，主动轴与空心轴同轴异向旋转。

优选的是，第一层旋转叶片盘和第二层旋转叶片盘均包括多个均匀布置的超薄叶片，超薄叶片倾斜布置；第二层旋转叶片盘在1/2半径处连接有圆环，圆环外环断均匀连接有加密叶片，第二层旋转叶片盘形成外圈叶片数量为内圈叶片数量两倍的叶片盘。

优选的是，外壳顶端设置有烟气入口，外壳底端设置有烟气出口，外壳左侧设置有两个泻油孔，外壳右侧设置有冷凝液入口和冷凝液出口，冷凝液入口布置于冷凝液出口下方，螺旋形翅片换热管两端分别与冷凝液入口和冷凝液出口连通，冷凝液由螺旋形翅片换热管下部流入并由上部流出。

优选的是，外壳内壁设置有隔板导油槽和导油槽，隔板导油槽布置于双层旋转叶片盘外侧，隔板导油槽左侧开设泻油孔与外壳左侧的泻油孔连通，导油槽布置于单层旋转叶片盘外侧，导油槽左侧开设泻油孔与外壳左侧的泻油孔连通。

优选的是，双层旋转叶片盘采用不锈钢材料制成，双层旋转叶片盘的表面涂有疏水疏油涂层。

优选的是，螺旋形翅片换热管包括四根不同直径的换热管，每根换热管设置为多层螺旋管，换热管表面焊接螺旋形翅片。

优选的是，螺旋形翅片换热管和螺旋形翅片采用铝、铜、铁和不锈钢中的任意一种材料制成，螺旋形翅片换热管和螺旋形翅片外表面涂有疏油涂层。

优选的是，云除系统中发生水汽凝结析出过程、颗粒物凝结长大过程、颗粒物碰并过程和冷凝液膜形成过程。

优选的是，烟气入口与烟气出口大小一致，冷凝液入口与冷凝液出口大小一致，外壳泻油孔与隔板导油槽泻油孔大小一致。

优选的是，烟气出口设置有挡板。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

本发明提供的一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，包括双层同轴异向旋转分离装置和云除系统装置，双层同轴异向旋转分离装置优点在于：

1.双层反向旋转结构能够油脂颗粒物在上升过程中，与双层滤网发生两次物理碰撞，有效地增加细颗粒物在气流中的停留时间，增大了滤网对颗粒物的截留几率；并且，双层滤网异向旋转，能产生方向相反的涡旋，使颗粒物急速转向，在速度为零时更易被截留。

2.利用旋转叶片盘代替普通滤网，既增加细颗粒物的捕集效率；又能够改变颗粒物流向，具有导流作用。

3.在旋转叶片盘1/2处进行加密，对比直接加密，压降影响减小，对捕集效率损失也不大。

4.携带颗粒物的油烟在通过旋转叶片盘时，油滴会被旋转旋转叶片盘捕集，并且因为离心力的作用向旋转叶片盘四周流动，最后被隔板导油槽收集。

云除系统装置优点在于：

1.将机械方法不能去除的细颗粒物使用云除系统换热装置凝并长大后，再使用机械方法去除。

2.采用螺旋形高密度翅片管作为换热元件，有利于加强烟气与冷凝液之间的热量交换，并且可以增加有效换热面积，提高了换热性能，能够达到高效换热。

3.采用换热管表面翅片结构，对烟气流有扰动作用，提高换热能力。

4.在云除系统装置后使用单层旋转叶片盘捕集逃逸的颗粒物，增大净化效率。

本发明所述的一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为主动轴和空心轴的传动结构示意图；

图3为主动轴与双层旋转叶片盘和单层旋转叶片盘的安装结构示意图；

图4为第一层旋转叶片盘的结构示意图；

图5为第二层旋转叶片盘的结构示意图；

图6为1/8第一层旋转叶片盘模拟计算得到的下方十厘米处风速云图；

图7为1/8第二层旋转叶片盘模拟计算得到的下方十厘米处风速云图；

图8为本发明螺旋形翅片换热管的结构示意图；

图9为云除系统装置中细颗粒物凝结长大过程原理示意图。

图中：1.烟气入口；2.主动轴；4.第一层旋转叶片盘；5.空心轴；6.第二层旋转叶片盘；7.隔板导油槽；8.冷凝液出口；9.螺旋形翅片换热管；10.冷凝液入口；11.导油槽；12.单层旋转叶片盘；13.外壳；14.烟气出口；21.大锥齿轮组；22.小锥齿轮组；31.水汽凝结析出过程；32.颗粒物凝结长大过程；33.颗粒物碰并过程；34.冷凝液膜形成过程。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1：

如图1-5所示，本发明提供了一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，包括：

包括双层同轴异向旋转分离装置和云除系统装置，双层同轴异向旋转分离装置包括：

外壳13、主动轴2和双层旋转叶片盘，主动轴2安装于外壳13中心，主动轴2顶端连接有电动机，双层旋转叶片盘安装于主动轴2上且跟随主动轴2异向旋转，外壳13内壁设置有隔板导油槽7；

云除系统装置包括：

螺旋形翅片换热管9，螺旋形翅片换热管9安装于双层同轴异向旋转分离装置下方，用于将烟气冷凝达到过饱和水汽后析出水汽，使细颗粒物凝并长大；

单层旋转叶片盘12，单层旋转叶片盘12安装于主动轴2底端并布置于螺旋形翅片换热管9下方，用于捕集云除系统逃逸的凝并长大后的颗粒物。

双层同轴异向旋转分离装置还包括：

空心轴5，空心轴5通过调心球轴承套设于主动轴2外侧；

大锥齿轮组21，大锥齿轮组21的两个大锥齿轮分别连接于主动轴2和空心轴5上；

小锥齿轮组22，小锥齿轮组22的两个小锥齿轮同时啮合连接于两个大锥齿轮之间，小锥齿轮组22转轴与外壳13转动连接。

双层旋转叶片盘包括第一层旋转叶片盘4和第二层旋转叶片盘6，第一层旋转叶片盘4安装于空心轴5上，第二层旋转叶片盘6安装于主动轴2上，主动轴2与空心轴5同轴异向旋转。

第一层旋转叶片盘4和第二层旋转叶片盘6均包括多个均匀布置的超薄叶片，超薄叶片倾斜布置；第二层旋转叶片盘6在1/2半径处连接有圆环，圆环外环断均匀连接有加密叶片，第二层旋转叶片盘6形成外圈叶片数量为内圈叶片数量两倍的叶片盘。

外壳13顶端设置有烟气入口1，外壳13底端设置有烟气出口14，外壳13左侧设置有两个泻油孔，外壳13右侧设置有冷凝液入口10和冷凝液出口8，冷凝液入口10布置于冷凝液出口8下方，螺旋形翅片换热管9两端分别与冷凝液入口10和冷凝液出口8连通，冷凝液由螺旋形翅片换热管9下部流入并由上部流出。

烟气输出口加装挡板用于净烟气排放。

外壳13内壁设置有隔板导油槽7和导油槽11，隔板导油槽7布置于双层旋转叶片盘外侧，隔板导油槽7左侧开设泻油孔与外壳13左侧的泻油孔连通，导油槽11布置于单层旋转叶片盘12外侧，导油槽11左侧开设泻油孔与外壳13左侧的泻油孔连通。

双层旋转叶片盘采用不锈钢材料制成，双层旋转叶片盘的表面涂有疏水疏油涂层。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

当烹饪产生油烟时，运行设备，电动机运行带动主动轴2旋转，空心轴5使用调心球轴承套于主动轴2上，通过大锥齿轮组21和小锥形齿轮组22的啮合传动，主动轴2与空心轴5实现同轴异向旋转，空心轴5上安装的第一层旋转叶片盘4进行顺时针转动，同时主动轴2上安装的第二层旋转叶片盘6进行逆时针转动。

待处理烟气通过外壳13上侧的烟气入口1送入至外壳13内部，烟气通过外壳13内的第一层旋转叶片盘4和第二层旋转叶片盘6进行旋转分离，可以有效对烟气中颗粒物进行净化处理，净化后的烟气进入云除系统装置。

双层旋转叶片盘转动时捕集油烟中大量的颗粒物，颗粒物因为离心力作用被甩到叶片盘外围的隔板导油槽7中，经由导油槽左侧的泻油孔将收集的颗粒物即时排出。隔板导油槽7的设置，可以实现对通过离心运动甩向四周的颗粒物进行收集，并对离心运动中可能向入口逃逸的颗粒物进行阻挡。

第二层旋转叶片盘6在旋转叶片盘1/2处焊接支架，并在支架上焊接要加密的叶片，形成外圈叶片数量为内圈叶片数量两倍的叶片盘。

结合图6和图7，使用仿真软件对截取的1/8第一层旋转叶片盘4进行模拟计算，可知第一层旋转叶片盘下方十厘米处的平均风速约为15.5m/s，截取1/8第二层旋转叶片盘6进行模拟计算，可知第二层旋转叶片盘6下方十厘米处的平均风速约为14.6m/s。所以加密后的第二层旋转叶片盘6对下方烟气流速影响不大。通过模拟计算，加密后的第二层旋转叶片盘6比第一层旋转叶片盘4对粒径5μm的颗粒物捕集效率至少增加15％。

实施例2：

如图8所示，在上述实施例1的基础上，螺旋形翅片换热管9包括四根不同直径的换热管，每根换热管设置为多层螺旋管，换热管表面焊接螺旋形翅片。

螺旋形翅片换热管9和螺旋形翅片采用铝、铜、铁和不锈钢中的任意一种材料制成，螺旋形翅片换热管9和螺旋形翅片外表面涂有疏油涂层。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

翅片呈螺旋状缠绕于螺旋管外部，外壳13与螺旋形翅片换热管9之间形成的空隙为烟气通道，螺旋形翅片换热管9内为冷凝液通道。烟气通入烟气通道，冷凝液通入冷凝液通道，从而实现冷凝液对烟气的降温，达到气液换热。

光滑的螺旋形翅片换热管9表面焊接螺旋形翅片，当烟气通过高密度的螺旋形翅片换热管9外表面时，换热介质速度会因为螺旋形翅片换热管9的存在迅速降低，在螺旋形翅片换热管9的翅片表面进行能量交换，因为螺旋形翅片换热管9的存在，烟气流动方向会受到改变，且降低烟气流动速度，对烟气具有导流作用。烟气流动方向与螺旋形翅片形成一定的夹角，使得烟气碰撞在翅片板表面，提升换热效率。

通过设置螺旋形翅片换热管9能够起到扰动流体运动状态的作用，从而提高换热效率，并且更易形成换热边界层，从而让细颗粒物得到热泳力与蒸气压梯度力，让细颗粒物向翅片表面沉积。

实施例3：

如图9所示，在上述实施例2的基础上，云除系统中发生水汽凝结析出过程31、颗粒物凝结长大过程32、颗粒物碰并过程33和冷凝液膜形成过程34。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

云除系统包括换热装置和单层旋转叶片盘12，二者在净烟道内串联布置。换热装置为螺旋形翅片换热管9结构，利用换热装置处理高湿度净烟气，高密度的螺旋形翅片换热管9结构有利于形成边界层，作为冷却器对高湿度净烟气进行降温，达到过饱和水汽环境，降温过程水汽凝结析出，水汽以细颗粒物为凝结核，在其表面发生相变凝结促进细颗粒物间团聚长大。既可以在翅片表面与净烟气间形成蒸汽压梯度，产生蒸汽压梯度力，与热泳力结合，产生颗粒物碰并作用并且共同推动可凝结颗粒物向翅片表面沉降，同时又可在翅片管外表面形成冷凝水膜，沉降的可凝结颗粒物溶于水膜从而实现对颗粒物进行分离。

机械分离净化后的烟气进入云除系统，云除系统装置中螺旋形翅片换热管9将湿润的烟气降温，降温中进行云除系统的水汽凝结析出过程31，达到过饱和水汽环境，满足细颗粒物成核要求，迅速发生细颗粒物凝结长大过程32。长大后的颗粒物在粘性曳力、热泳力、蒸汽压梯度力等作用下发生颗粒物碰并过程33，同时会向冷凝壁面扩散，在翅片表面发生冷凝液膜形成过程34，从而长大后的颗粒物被冷凝液膜捕集。

螺旋形翅片管式换热装置中会有部分长大后的颗粒物未沉积到翅片上的冷凝液膜中而逃逸出换热装置。单层旋转叶片盘12安装于主动轴2末端，由主动轴2带动进行逆时针旋转，这部分颗粒物即进入单层旋转叶片盘12进行旋转分离，被单层旋转叶片盘12捕集的颗粒物因为离心力作用进入导油槽11，经由导油槽11左侧的泻油孔将收集的颗粒物及时排出。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，其特征在于，包括双层同轴异向旋转分离装置和云除系统装置，双层同轴异向旋转分离装置包括：

外壳(13)、主动轴(2)和双层旋转叶片盘，主动轴(2)安装于外壳(13)中心，主动轴(2)顶端连接有电动机，双层旋转叶片盘安装于主动轴(2)上且跟随主动轴(2)异向旋转，外壳(13)内壁设置有隔板导油槽(7)；

云除系统装置包括：

螺旋形翅片换热管(9)，螺旋形翅片换热管(9)安装于双层同轴异向旋转分离装置下方，用于将烟气冷凝达到过饱和水汽后析出水汽，使细颗粒物凝并长大；

单层旋转叶片盘(12)，单层旋转叶片盘(12)安装于主动轴(2)底端并布置于螺旋形翅片换热管(9)下方，用于捕集云除系统逃逸的凝并长大后的颗粒物。

2.根据权利要求1所述的一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，其特征在于，双层同轴异向旋转分离装置还包括：

空心轴(5)，空心轴(5)通过调心球轴承套设于主动轴(2)外侧；

大锥齿轮组(21)，大锥齿轮组(21)的两个大锥齿轮分别连接于主动轴(2)和空心轴(5)上；

小锥齿轮组(22)，小锥齿轮组(22)的两个小锥齿轮同时啮合连接于两个大锥齿轮之间，小锥齿轮组(22)转轴与外壳(13)转动连接。

3.根据权利要求2所述的一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，其特征在于，双层旋转叶片盘包括第一层旋转叶片盘(4)和第二层旋转叶片盘(6)，第一层旋转叶片盘(4)安装于空心轴(5)上，第二层旋转叶片盘(6)安装于主动轴(2)上，主动轴(2)与空心轴(5)同轴异向旋转。

4.根据权利要求3所述的一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，其特征在于，第一层旋转叶片盘(4)和第二层旋转叶片盘(6)均包括多个均匀布置的超薄叶片，超薄叶片倾斜布置；第二层旋转叶片盘(6)在1/2半径处连接有圆环，圆环外环断均匀连接有加密叶片，第二层旋转叶片盘(6)形成外圈叶片数量为内圈叶片数量两倍的叶片盘。

5.根据权利要求1所述的一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，其特征在于：外壳(13)顶端设置有烟气入口(1)，外壳(13)底端设置有烟气出口(14)，外壳(13)左侧设置有两个泻油孔，外壳(13)右侧设置有冷凝液入口(10)和冷凝液出口(8)，冷凝液入口(10)布置于冷凝液出口(8)下方，螺旋形翅片换热管(9)两端分别与冷凝液入口(10)和冷凝液出口(8)连通，冷凝液由螺旋形翅片换热管(9)下部流入并由上部流出。

6.根据权利要求1所述的一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，其特征在于，外壳(13)内壁设置有隔板导油槽(7)和导油槽(11)，隔板导油槽(7)布置于双层旋转叶片盘外侧，隔板导油槽(7)左侧开设泻油孔与外壳(13)左侧的泻油孔连通，导油槽(11)布置于单层旋转叶片盘(12)外侧，导油槽(11)左侧开设泻油孔与外壳(13)左侧的泻油孔连通。

7.根据权利要求1所述的一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，其特征在于，双层旋转叶片盘采用不锈钢材料制成，双层旋转叶片盘的表面涂有疏水疏油涂层。

8.根据权利要求5所述的一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，其特征在于，螺旋形翅片换热管(9)包括四根不同直径的换热管，每根换热管设置为多层螺旋管，换热管表面焊接螺旋形翅片。

9.根据权利要求8所述的一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，其特征在于，螺旋形翅片换热管(9)和螺旋形翅片采用铝、铜、铁和不锈钢中的任意一种材料制成，螺旋形翅片换热管(9)和螺旋形翅片外表面涂有疏油涂层。

10.根据权利要求1所述的一种结合云除技术的用于捕集油烟中颗粒物的分离设备，其特征在于，云除系统中发生水汽凝结析出过程(31)、颗粒物凝结长大过程(32)、颗粒物碰并过程(33)和冷凝液膜形成过程(34)。