CN212440461U - 一种电加热空气滤芯及低能耗空气高温杀毒灭菌装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电加热空气滤芯及低能耗空气高温杀毒灭菌装置，该电加热空气滤芯包括耐高温初效过滤棉、金属铝网、绝缘电热丝、耐高温高效空气滤芯；金属铝网安装于耐高温高效空气滤芯的进风口，并与滤芯的铝箔纸隔板贴合；绝缘电热丝固定在金属铝网上，初效耐高温过滤棉覆盖于金属铝网表面；绝缘电热丝两端与工作电源相连。本实用新型的电加热空气滤芯中的绝缘电热丝能够在通电阶段对初效过滤棉和耐高温高效空气滤芯同时加热，对附着在两者之上的细菌病毒进行高温消杀；本实用新型的灭菌装置通过分时段的过滤和杀菌控制，实现低能耗高效率的空气杀毒灭菌净化效果。

Description

一种电加热空气滤芯及低能耗空气高温杀毒灭菌装置

技术领域

本实用新型涉及空气净化领域，尤其涉及一种电加热空气滤芯及利用这种滤芯的低能耗空气高温杀毒灭菌装置。

背景技术

传统的空气净化设备，多采用活性炭滤网、HEPA(高效率空气微粒过滤器)等过滤技术，虽对烟雾、细菌及灰尘具有良好的过滤能力，但由于空气净化设备不具备主动对滤芯上吸附病毒消杀的功能，或虽具备主动消杀功能，但却因褶皱滤芯存在死角而消杀不彻底，导致在更换滤网时，附着在滤网上的细菌病毒会再次扩散并造成二次污染，危害人们的健康。

在空气消毒方面，目前常用的消毒方式是紫外线消毒、臭氧消毒等。紫外线和臭氧消毒均需要较长的空气滞留时间，才能彻底消毒。此外，紫外线和臭氧都对人体有害，不宜在医院诊室、病房、手术室等有人的开放环境下利用。利用含氯制剂和过氧乙酸等消毒剂也可以实现空气消毒杀菌，但需要通过人工喷洒实现，且持续时间短，杀毒效果有限。

高温也是一种杀菌消毒的有效方法。其原理主要基于两个方面：1)高温能够使得构成生命体的蛋白质发生不可逆变性,使得酶类失活,造成生命体细胞结构的不可逆破坏；2)遗传物质DNA也会在高温下分解,造成细菌、病毒死亡。目前空气高温杀毒装置主要有两种工作方式，一种是对空气气流进行加热，如公开号CN 2627394A所公开的方案，但由于其利用环境换气量较大，且气流滞留时间很短，导致将气流温度瞬间加热到病毒消杀温度所需的功率能耗较大。此外，该类方法还需要同时考虑排出空气的冷却问题，如公开号CN107525170A所公开的方案，其虽然解决了冷却问题但增加了装置的复杂度；另一种是在风机换气的同时对滤芯进行加热，如公开号CN 109556207A所公开的方案，其利用空气通过对流换热将滤芯的一部分热量带走，但方法导致维持滤芯在病毒消杀温度所需的功率大大增加，缺乏实用性。

实用新型内容

本文实用新型的目的是提供一种电加热空气滤芯及利用这种滤芯的低能耗空气高温杀毒灭菌装置，以实现低能耗高效率的空气杀毒灭菌净化功能，同时对附着在滤芯上的细菌病毒全面消杀，避免更换滤芯时造成二次污染。

具体地，本实用新型提供一种电加热空气滤芯，包括依次安装的耐高温初效过滤棉、金属铝网、绝缘电热丝、耐高温高效空气滤芯，耐高温高效空气滤芯采用耐高温滤纸、铝箔隔板、不锈钢外框、特制耐高温密封胶装配而成；耐高温滤纸两面180°褶翻，折成楔形褶层；波形的铝箔纸隔板插入相邻耐高温滤纸之间，铝箔纸隔板的底端与耐高温滤纸褶层底部贴合，而铝箔纸隔板侧面则与相邻两侧的耐高温滤纸贴合；所述金属铝网安装于耐高温高效空气滤芯的进风口一侧，并与耐高温高效空气滤芯的铝箔纸隔板贴合；所述绝缘电热丝固定在金属铝网上，所述耐高温初效过滤棉覆盖于金属铝网表面；绝缘电热丝两端与工作电源相连，通电后同时对耐高温高效空气滤芯和耐高温初效过滤棉进行加热，对附着其上的细菌病毒进行高温消杀。

在本实用新型的一个实施方式中，所述耐高温滤纸的滤料为玻璃纤维，所述耐高温初效过滤棉的滤料为玻璃纤维。

在本实用新型的一个实施方式中，所述绝缘电热丝具体为硅胶电加热丝或聚四氟乙烯电加热丝。

在本实用新型的一个实施方式中，所述绝缘电热丝与所述金属铝网的固定方式为：所述绝缘电热丝借助所述金属铝网的网孔缠绕在所述金属铝网上，或采用耐高温密封胶将所述绝缘电热丝粘贴在所述金属铝网表面。

在本实用新型的一个实施方式中，所述金属铝网分别安装于所述耐高温高效空气滤芯的进、出风口处。

在本实用新型的一个实施方式中，提供一种利用前述电加热空气滤芯的低能耗空气高温杀毒灭菌装置，包括空心的壳体，设置在壳体相对两端的进风口和出风口，以及安装在壳体内且位于进风口和出风口之间的所述电加热空气滤芯和风机，在壳体外壁上安装有控制板，控制板分别通过线缆与风机和所述电加热空气滤芯中的绝缘电热丝电性连接，以控制风机和所述绝缘电热丝分时段工作。

在本实用新型的一个实施方式中，在所述耐高温高效空气滤芯内部安装测温热电偶，以进行温度监测并反馈至所述控制板，实现对所述耐高温高效空气滤芯温控加热。

在本实用新型的一个实施方式中，所述绝缘电热丝的加热温度为120～150℃。

本实用新型提供的电加热空气滤芯以及利用这种滤芯的低能耗空气高温杀毒灭菌装置，具有以下优点：通过控制绝缘电热丝和风机分时段工作，风机工作时电加热滤芯的初效过滤棉和耐高温高效空气滤芯对空气中的细菌、病毒有效拦截，而风机停止工作时，绝缘电热丝对初效过滤棉和耐高温高效空气滤芯同时加热，对附着在空气滤芯上的细菌病毒进行高温消杀。采用该分时段工作方式可以大大降低功率能耗，提高该空气高温杀毒灭菌装置的经济实用价值。

附图说明

图1是本实用新型一个实施方式的电加热空气滤芯结构示意图；

图2是本实用新型一个实施方式的低能耗空气高温杀毒灭菌装置结构示意图；

图3是本实用新型一个实施方式的耐高温空气滤芯结构示意图；

图4是本实用新型一个实施方式的金属铝网缠绕绝缘电热丝的结构示意图。

具体实施方式

下文中将结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1所示，在本实用新型的一个实施方式中公开一种电加热空气滤芯，其包括：耐高温初效过滤棉1、金属铝网2、绝缘电热丝3、耐高温高效空气滤芯4。其中，耐高温高效空气滤芯4采用玻璃纤维或超细玻璃纤维制成的耐高温滤纸5、铝箔隔板6、不锈钢外框、特制耐高温密封胶装配而成。耐高温滤纸5两面180°褶翻，折成楔形褶层。铝箔隔板6为铝箔形成的波形纸，其插入相邻楔形褶层的耐高温滤纸5之间，铝箔隔板6的底端与耐高温滤纸5的褶层底部贴合，而铝箔隔板6侧面与相邻两侧耐高温滤纸5完全贴合，从而起到支撑的作用，防止耐高温滤纸5破损。

耐高温高效空气滤芯4的过滤效率有H10-H14等规格，其中家用净化器常用H13规格的过滤效率为，0.3微米以上颗粒的过滤效率为99.95％，可有效过滤细菌、病毒附着的微生物气溶胶载体(通常1-5μm)，以及PM2.5、花粉等。在耐高温空气高效滤芯4的进风口处安装金属铝网2，金属铝网2也可同时安装在耐高温空气高效滤芯4的出风口处。金属铝网2的下表面与铝箔隔板6贴合。金属铝网2的网孔可采用4mm×8mm或3mm×6mm的矩形网孔。绝缘电热丝3可采用硅胶电加热线缆或聚四氟乙烯电加热线缆。绝缘电热丝3固定在金属铝网2上，固定方式可以是借助金属铝网2的网孔缠绕在金属铝网2上，也可以采用耐高温密封胶将绝缘电热丝3粘贴在金属铝网2表面。为了确保加热均匀，绝缘电热丝3应均匀分布在金属铝网2表面。耐高温初效过滤棉1的材料同为玻璃纤维。将其贴合在固定有绝缘电热丝的金属铝网2远离铝箔隔板6的一面，即先与空气接触，耐高温初效过滤棉1的尺寸与金属铝网2的尺寸相同，可对空气中5μm以上颗粒进行初效过滤。

绝缘电热丝3通电后发热，其中一部分热量通过热辐射的方式传至耐高温高效空气滤芯4表面。该部分热量一部分直接到达耐高温滤纸5表面，被耐高温滤纸5吸收，而另一部分则到达相邻褶层的耐高温滤纸5之间的铝箔隔板6表面。由于铝箔隔板6对热辐射的反射率高达90％以上，是卓越的热反射材料。故到达铝箔隔板6表面的辐射热量会在铝箔隔板6与相邻耐高温滤纸5形成的空腔中多次反射后最终被铝箔隔板6与耐高温滤纸5全部吸收。而绝缘电热丝3产生的另一部分热量通过热传导的方式对与其接触的金属铝网2进行加热。纯铝制成的金属铝网2导热系数高达237Wm^-1K^-1，因此具有很高的导热效率。金属铝网2迅速升温后进一步对覆盖其表面的耐高温初效过滤棉1进行加热。由于玻璃纤维材料的导热性能很差，导热系数只有0.031Wm^-1K^-1，故金属铝网2的热量很难通过玻璃纤维与周围环境进行换热。因此，玻璃纤维制成的耐高温初效过滤棉1对整个电加热空气滤芯起到了很好的保温隔热作用。进而，可实现同时对耐高温高效空气滤芯4和耐高温初效过滤棉1进行高效加热，对被拦截在耐高温高效空气滤芯4和耐高温初效过滤棉1表面的细菌病毒进行有效消杀，达到自净化功能，避免造成二次污染。

如图2所示，在本实用新型的一个实施方式中，公开一种采用电加热空气滤芯的低能耗空气高温杀毒灭菌装置，其包括壳体7、进风口8、电加热空气滤芯15、风机9、出风口10、控制板11。其中，电加热空气滤芯15置于壳体7内部，进风口8、出风口10设置在壳体7表面，控制板11安装在壳体7上，并通过线缆13和12与壳体7内的风机9和电加热空气滤芯15中的绝缘电热丝3电性连接。在耐高温高效空气滤芯4内部放置测温热电偶14，对其温度进行监测，并反馈至控制板11实现对耐高温高效空气滤芯4进行120～150℃温控加热。

现有空气高温杀毒装置中，无论是对空气进行加热，还是在风机换气过程中同时对滤芯进行加热，所需要提供的功率能耗都相当可观。而本实施例中，则通过控制板11控制风机9换气和绝缘电热丝3分时段工作，如：风机9每换气一小时，则绝缘电热丝3加热5-10分钟，依此不断循环。风机9的通电回路和绝缘电热丝3的通电回路分别与控制板11上的定时继电器控制器相连。通过对定时继电器控制器进行参数设置，控制风机9通电回路和绝缘电热丝3通电回路定时交替通断，从而实现风机9换气和滤芯15电加热分时段工作。

当风机9通电回路继电器接通时，绝缘电热丝3通电回路继电器断开。耐高温初效过滤棉1和耐高温高效空气滤芯4对从进风口8进入壳体7的气流中的细菌病毒进行拦截，净化后的空气从出风口10排出。而当风机9通电回路继电器断开时，风机9停止工作，此时绝缘电热丝3通电回路继电器接通，对耐高温初效过滤棉1和耐高温高效空气滤芯4同时加热，对被拦截在耐高温高效空气滤芯4和耐高温初效过滤棉1表面的细菌病毒进行高温消杀。这样，对病毒高温消杀时所消耗的功率仅为电加热空气滤芯15通电加热的功率。由于没有空气对流换热的影响，从而大大降低能耗。

为了进一步说明，通过简单算例对上述三种加热模式进行计算对比。

针对第一种情况，当空气流经高温杀毒灭菌装置时，将气流温度瞬间加热到病毒消杀温度。假定流经高温杀毒灭菌装置的空气流量

为0.054kg/s，对应的空气换气量为150m³/h。若采用传统的加热空气方式进行杀菌消毒，设定将常温20℃空气加热至150℃，即从常温ΔT＝130℃，由于气流在装置中滞留时间很短，需要瞬时将空气温度加热至目标温度，根据空气比热c＝1×10³J/(kg×℃)，则可计算将空气瞬时加热所需要的功率(假设加热效率100％)为：

针对第二种情况，在风机换气的同时将滤芯加热至150℃，空气换气量为150m³/h，对应流量

为0.054kg/s，环境空气温度20℃。对于150m³/h空气换气量，采用普通家用净化器利用的H13级高效空气滤芯(长400mm，宽220mm，高30mm，滤纸褶层数为140，假设褶间距2.5mm)。则滤纸展开后的表面积为S＝0.22m×0.03m×140×2＝1.848m²

空气通过滤纸上的纤维空隙穿过滤纸，令平均滤孔直径d＝3μm，滤纸厚度t＝0.3mm。空气通过滤孔与滤芯发生换热，是管流对流换热过程。假定滤孔内近似为圆管，由于空气为层流，因此对于常物性流体，努塞尔数Nu＝3.66，查表空气的导热系数k＝0.0243W/(m×K)则有对流换热系数

说明，由于滤孔直径很小，滤孔内部的圆管换热是强对流换热过程，根据

P＝hA(T_w-T_a)

其中对流换热面积A为所有滤孔内侧面积总和，假定滤纸上的总滤孔数n

即给定加热功率P时，滤芯与空气间的温差(T_w-T_a)趋近于零。进而推知，若将滤芯的温度维持在T_w＝150℃，气流的温度也一定被加热到T_a＝150℃，同上述情况一。因此，亦需要功率7.02kW。同时，情况一和情况二还需要考虑排出空气的冷却问题，增加了装置的复杂度。

而针对本实施例提出的分时段控制方案，风机9换气与绝缘电热丝3通电加热滤芯15分时段工作。由于本实施例热保温效果好，热转化效率高，将耐高温高效空气滤芯4和耐高温初效过滤棉1加热至150℃所需功率仅为绝缘电热丝的功率。假设换气量同为150m³/h，耐高温高效空气滤芯4尺寸仍为长400mm，宽220mm，高30mm，耐高温滤纸5和铝箔隔板6厚度宽度均为5mm，沿滤芯长度方向共40对耐高温滤纸5和铝箔隔板6。令绝缘电热丝3沿每层铝箔隔板6缠绕于金属铝网2上，则共需220mm的绝缘电热丝3共40条。令每20条串联，形成2条4.4m长绝缘电热丝3，将这2条并联且两端与控制器11电性连接，加载电压U＝220V。绝缘电热丝电阻为120Ω/m，则可计算得到绝缘电热丝3总电阻R＝264Ω，进而计算绝缘电热丝加热功率为

若分时段工作设定每小时风机9换气50分钟，高温消杀10分钟，则本实施例每小时的实际平均功率仅为上述功率的六分之一，即

通常，针对耐高温高效空气滤芯4实际尺寸，还可对绝缘电热丝3的电阻、长度以及串、并联方式进一步优化，获得最优节能方案。

由此可见，本实用新型提供的一种空气高温杀毒灭菌装置，由于高温消杀与通风换气分时段工作，相比直接加热空气或换气的同时加热滤芯的方式，功耗更低，且不需要考虑对排出空气进行冷却的问题，使得装置结构更加简单。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种电加热空气滤芯，包括依次安装的耐高温初效过滤棉(1)、金属铝网(2)、绝缘电热丝(3)、耐高温高效空气滤芯(4)，其特征在于，耐高温高效空气滤芯(4)采用耐高温滤纸(5)、铝箔纸隔板(6)、不锈钢外框、特制耐高温密封胶装配而成；耐高温滤纸(5)两面180°褶翻，折成楔形褶层；波形的铝箔纸隔板(6)插入相邻耐高温滤纸(5)之间，铝箔纸隔板(6)的底端与耐高温滤纸(5)褶层底部贴合，而铝箔纸隔板(6)侧面则与相邻两侧的耐高温滤纸(5)贴合；所述金属铝网(2)安装于耐高温高效空气滤芯(4)的进风口一侧，并与耐高温高效空气滤芯(4)的铝箔纸隔板(6)贴合；所述绝缘电热丝(3)固定在金属铝网(2)上，所述耐高温初效过滤棉(1)覆盖于金属铝网(2)表面；绝缘电热丝(3)两端与工作电源相连，通电后同时对耐高温高效空气滤芯(4)和耐高温初效过滤棉(1)进行加热，对附着其上的细菌病毒进行高温消杀。

2.根据权利要求1所述的电加热空气滤芯，其特征在于，

所述耐高温滤纸(5)的滤料为玻璃纤维，所述耐高温初效过滤棉(1)的滤料为玻璃纤维。

3.根据权利要求1所述的电加热空气滤芯，其特征在于，

所述绝缘电热丝(3)具体为硅胶电加热丝或聚四氟乙烯电加热丝。

4.根据权利要求1所述的电加热空气滤芯，其特征在于，

所述绝缘电热丝(3)与所述金属铝网(2)的固定方式为：所述绝缘电热丝(3)借助所述金属铝网(2)的网孔缠绕在所述金属铝网(2)上，或采用耐高温密封胶将所述绝缘电热丝(3)粘贴在所述金属铝网(2)表面。

5.根据权利要求1所述的电加热空气滤芯，其特征在于，

所述金属铝网(2)分别安装于所述耐高温高效空气滤芯(4)的进、出风口处。

6.一种采用权利要求1-5任一所述电加热空气滤芯的低能耗空气高温杀毒灭菌装置，其特征在于，包括空心的壳体(7)，设置在壳体(7)相对两端的进风口(8)和出风口(10)，以及安装在壳体(7)内且位于进风口(8)和出风口(10)之间的所述电加热空气滤芯(15)和风机(9)，在壳体(7)外壁上安装有控制板(11)，控制板(11)分别通过线缆与风机(9)和所述电加热空气滤芯(15)中的绝缘电热丝(3)电性连接，以控制风机(9)和所述绝缘电热丝(3)分时段工作。

7.根据权利要求6所述的低能耗空气高温杀毒灭菌装置，其特征在于，

在所述耐高温高效空气滤芯(4)内部安装测温热电偶(14)，以进行温度监测并反馈至所述控制板(11)，实现对所述耐高温高效空气滤芯(4)温控加热。

8.根据权利要求6所述的低能耗空气高温杀毒灭菌装置，其特征在于，

所述绝缘电热丝(3)的加热温度为120～150℃。

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