CN212481600U - 空气净化结构、穿戴式设备及空气净化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了空气净化结构、穿戴式设备及空气净化装置，空气净化结构包括壳体、安装在壳体中过滤膜组件和等离子体发生器，等离子体发生器包括嵌套式设置的多个净化管和若干安装件，任意两净化管之间为间隙设置，各净化管的外侧和内侧分别设有极性相反的电极，电极与电源模块电性连接，这样等离子体发生器内便变形成了等离子环形腔，增大了电离面积和电离程度，有利于空气中的大颗粒在此处被吸附移除，有毒有害气体和有机化学物等氧化分解为无害产物，同时致病微生物在瞬时高压电击下被杀灭，而过滤膜组件对空气进行二次净化，提升了净化效果好；此外等离子体发生器和过滤膜组件并排设置，占用空间小，且结构简单，有利于便携式设置。

Description

空气净化结构、穿戴式设备及空气净化装置

技术领域

本实用新型涉及空气净化领域技术领域，具体是空气净化结构、穿戴式设备及空气净化装置。

背景技术

目前常见的空气净化设备的净化方式包括HEPA(High efficiency particulateairFilter，高效空气过滤)过滤网技术和负离子技术。其中HEPA过滤网技术对直径为0.3微米以上的微粒去除效率可达到99.97％，但是HEPA过滤网价格较贵且使用寿命有限，同时空气中的微粒和致病微生物易在其表面堆积，形成潜在污染源。小负离子技术，通过向周围空间释放大量带电离子，使空气中的微粒带电荷而聚集沉降从而达到净化空气的效果。然而，负离子技术的净化能力依赖于离子发生器的功率，在开放空间使用，效果十分微弱，且沉降后的颗粒极易受扰动而浮起，造成空间的二次污染。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供空气净化结构、穿戴式设备及空气净化装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供了空气净化结构，包括壳体、过滤膜组件及等离子体发生器，所述壳体具有相互连通的进气口和出气口，所述等离子体发生器安装于所述壳体中且靠近所述进气口的一端，所述过滤膜组件竖向插装于所述壳体的出气口一端，所述过滤膜组件各所述等离子体发生器相互连通，所述等离子体发生器包括嵌套式设置的多个净化管和设于所述净化管两端且用于定位安装各所述净化管的若干安装件，任意两所述净化管之间为间隙设置，各所述净化管的外侧和内侧分别设有极性相反的电极，所述电极与电源模块电性连接。

可选地，各所述电极沿着所述净化管的高度方向螺旋设置。

可选地，在所述电极中任一个负电极背离所述净化管的一侧及两端边缘处分别设有锯齿状结构。

可选地，所述过滤膜组件包括多个沿着所述壳体的轴向方向并排集束设置的毛细管式超滤膜。

可选地，所述空气净化结构还包括电屏层，所述电屏层环绕设置在所述净化管靠近所述过滤膜组件一端端口处的内侧。

可选地，所述空气净化结构还包括安装于所述壳体的进气口处的送风组件，所述送风组件与所述电源模块电性连接。

可选地，所述壳体的进气口的端口处和所述出气口的端口处分别填充有活性碳纤维过滤层。

可选地，所述空气净化结构还包括设于所述壳体中且横截面呈喇叭状的导气罩，所述导气罩的大端与所述等离子体发生器相连，所述导气罩的小端与所述过滤组件连接。

本实用新型实施例还提供了一种穿戴式设备，包括所述的空气净化结构。

本实用新型实施例还提供了一种空气净化装置，包括所述的空气净化结构。

本实用新型的有益效果：与现有技术相比，本实用新型的空气净化结构，通过设置有等离子体发生器和过滤膜组件，其中等离子体发生器包括嵌套式设置的多个净化管，任意两所述净化管之间为间隙设置，各净化管的外侧和内侧分别设有极性相反的电极，这样相邻负电极和正电极之间的之间便形成了等离子环形腔，则环境空气首先被引入等离子体发生器，空气中的大颗粒在此处被吸附移除，有毒有害气体和有机化学物等氧化分解为无害产物，同时致病微生物在瞬时高压电击下被杀灭，随后空气进入超滤膜，粒径大于超滤膜微孔的微粒等有害物质被有效阻隔，以实现二次净化，净化效果好，净化效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的空气净化结构的内部结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的空气净化结构的剖面结构示意图；

图3为图2中D-D线的剖视结构图；

图4为图2中E-E线的剖视结构图。

其中，图中各附图主要标记：

100-空气净化结构；

1-壳体；

2-过滤膜组件；21-毛细管式超滤膜；

3-等离子体发生器；31-净化管；

4-安装板；

5-活性碳纤维过滤层；

6-电屏层。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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实用新型中的具体含义。

请参阅图1，现对本实用新型实施例空气净化结构进行说明。所述的空气净化结构100包括壳体1、过滤膜组件2及等离子体发生器3。壳体1具有相互连通的进气口和出气口，等离子体发生器3安装在壳体1中，且该等离子体发生器3靠近进气口的一端，而过滤膜组件2竖向安装在壳体1的出气口的一端。其中等离子体发生器3能够分解或灭杀有机颗粒物、气体污染物和致病微生物等，从而达到净化空气的效果。壳体1靠近出气口的一端插装有过滤膜组件2，过滤膜组件2与等离子体发生器3相互连通，可以理解为，等离子体发生器3和过滤膜组件2沿着风道的方向依次排列。在此使得等离子体发生器32和过滤膜组件3并排设置，实现了空气的多次净化，提高空气的净化效率。

等离子体发生器3包括嵌套式设置的多个净化管31和若干安装件(图未示)，任意两净化管31之间为间隙设置。其中，安装件采用绝缘材料制作而成，在此安装件为两个，两个安装件设置在净化管31两端，其用于定位安装各净化管31的安装件，有利于净化管31间隙固定。各个净化管31的外侧和内侧分别设有极性相反的电极，电极与电源模块(图未示)电性连接。譬如，在各个净化管31的内侧设有正电极，而在该静电管的外侧设有负电极，即沿着净化管31的径向方向来看，正负极依次交替排布在净化管31的两侧，则任意相邻的净化管31之间正电极和负电极便形成环形腔体，等离子体发生器3上电后，在阴极和阳极之间形成的环形腔体产生电场，表面将产生大量等离子体，则气体沿各层净化管21的间隙流过时被净化管21表面的等离子体净化。此外，实际应用中，根据被净化空气的污染度，可控制向阴极和阳极施加的电压值，得到不同密度的等离子体。

与现有技术相比，本实用新型的空气净化结构100，采用多个净化管31嵌套设置，且相邻两个净化管31间隙设置，并在各净化管31的两侧设有极性相反的电极，这样，使得等离子体发生器3形成多个环形设置的电离腔体，增加了电离轻度，从而产生更多的等离子体，增大空气净化接触面积，而等离子体对空气中的污染物分子进行轰击，使污染物分子电离、解离和激发或将有毒有害气体和有机化学物等氧化分解为无害产物，从而使污染物分子降解为单质分子结构的且对人体危害低的安全物质分子，同时产生活性离子衍生物：例如，活性离子衍生物为商能电子和/或自由基和/或臭氧离子。随之，净化后的空气进入过滤膜组件2，粒径大于膜微孔(如0.01微米)的微粒等有害物质被有效阻隔，以实现二次净化，净化效果好，可见该空气净化结构100不仅能过滤空气中的有害微粒，可以杀灭有害微生物，防止二次污染。另外，通过等离子体发生器3和过滤膜组件2并排设置，该结构简单，可广泛应用至中小型空间的空气净化器，也可以用于便携式或者可穿戴式随身空气净化装置。

具体地，请一并参阅图1和图2，各电极沿着净化管31的高度方向螺旋设置且各圈电极的间隙为0.5mm-1.6mm，一方面方便电极的安装、保证净化管31各处的电离效果；另一方面，使得灰尘或者颗粒不易粘附在电极上，且电极断电后附在电极上的灰尘或者颗粒自动脱落进而不影响下一次的空气净化效果。其中，空气净化效率与电极的厚度呈负相关，因此电极越薄净化率越高，但是厚度低于0.05毫米的金属材料加工难度和成本极高，因此，在生产成本、加工工艺允许的条件下，推荐选择厚度更低的金属电极材料，基于此选取厚度为0.5毫米-0.7毫米的电极。

进一步地，在电极中任一个负电极背离净化管31的一侧及两端边缘处分别设有锯齿状结构，以形成尖端放电效应，增强空气中颗粒的电离，该颗粒电离并荷电后在正、负极间的均匀电场中受到电场力作用，进而吸附到净化管31上。这种锯齿结构可增强颗粒的吸附作用，进一步改善净化效果。

进一步地，过滤膜组件2包括多个沿着壳体1的轴向方向集束并排设置的毛细管式超滤膜21，这样空气中粒径大于超滤膜微孔(如0.01微米)的微粒等有害物质被有效阻隔，以实现二次净化，净化效果好。在此，过滤膜集束设计极大增加过滤面积，显著提升过滤效率，有利于该空气净化结构100小型化设置。需要说明的是，在此毛细管式超滤膜21是指将片状的超滤膜卷积成管状形细长结构。优选地，毛细管式超滤膜21的管径可细至2毫米，这样既不影响空气流速，还便于更多的毛细管式超滤膜21集束设置。

进一步地，请参阅图2，各超滤膜沿其轴向方向设有若干过滤孔(图未示)。其中超滤膜的孔径在0.001到0.1微米之间，可以有效截除水体和空气等介质中的微粒乃至微小的病毒。毛细管式超滤膜21的管径可细至2毫米，且不影响空气流速。本系统以该型毛细管式超滤膜21为滤芯，采用并联式集束设计，在不增加产品体积的同时显著扩大过滤膜总面积，以提高空气过滤效率。考虑到超滤膜表面微孔孔径小，长期使用后极易被空气中的颗粒物堵塞。为了解决该问题，该装置中的被过滤气体从毛细管外侧流入内侧，过滤掉的颗粒物会在毛细管外的空间富集。由于毛细管式超滤膜21管外侧空间容量更大且方便清理集尘，这也是该设计的一大优势。尽管毛细管式超滤膜21可以紧密排列形成高密度集束以最大化利用空间提升空气净化效能。考虑到集尘问题，任意相邻两个毛细管式超滤膜21之间的间隙为0.45mm-0.65mm。

进一步地，空气净化结构100还包括横截面呈喇叭状的导气罩(图未示)。导气罩设置在壳体1中，且导气罩的大端与等离子体发生器3相连，导气罩的小端与过滤膜组件2连接。在此，导气罩起到导气的作用，以便于流经等离子体发生器3的气体全部稳定地流入过滤膜组件2中，提高空气的净化率。

具体地，请一并参阅图1和图3，壳体1在过滤膜组件2和与出气口之间还设有安装板4，安装板4对应各毛细管式超滤膜21的位置设有安装孔(图未示)，各毛细管式超滤膜21的相应端插装在与之相应的安装孔中。此处，通过设置有安装板4，以便于过滤膜组件2固定安装在壳体1内。其中，安装板4与壳体1之间通过可以卡扣、焊接、过渡配合等方式固定连接，在此并不做限制。

具体地，请一并参阅图1和图3，空气净化结构100还包括送风组件(图未示)，送风组件安装在壳体1的进气口处。通过在壳体1的进气口处设置有送风组件，增大空气流速，加快等离子体发生器3和过滤膜组件2对空气净化的效率，提高空气净化速度。其中，送风组件可以是气泵、风送机等机构，在此不做限制。

进一步地，请参阅图1至图3，作为本实用新型空气净化结构的一种具体实施方式，壳体1进气的端口处口的还填充有活性碳纤维过滤层5。活性碳纤维作为一种高效吸附材料，其吸附性能较第二代活性炭有了大大的提高。活性碳纤维的纤维直径细(7微米左右)，与被吸附物质的接触面积大，从而增加其吸附效率。其外表面积大，吸脱速率快，吸附量大，与活性炭相比，吸附容量最高可提升10倍。此外，活性碳纤维的漏损小，滤阻小，吸附层薄和体密度小，易于制作轻而小型化的生产设备。

进一步地，壳体1的出气口的端口处还填充有活性碳纤维过滤层5，这样净化后的空气再一次经过活性碳纤维材料，气体中可能携带的臭氧的等高压电场副产物会被移除。彻底净化的空气通过出气口排出供人体吸用。

进一步地，请参阅图1至图4，作为本实用新型空气净化结构的另一种具体实施方式，壳体1进气口处设有过滤组件，实现空气的粗过滤，能够有效避免空气中的粗颗粒进入等离子体发生器3中。通过在壳体1的进气口处设有过滤组件，一方面提高了空气净化率，另一方面减少了等离子体发生器3清洗的频率。

具体地，过滤组件包括圈状的外框(图未示)和包裹在外框内并与其内壁过盈配合的过滤网，其结构简单，造价低，且便于更换清洗。此处，过滤网优选包括多个丝状网，且多个丝状网沿外框的轴向层叠布置。

进一步，空气净化结构还包括电屏层6，电屏层6环绕设置在净化管31靠近过滤膜组件2一端端口处的内侧。此处，通过设置有电屏层6，电屏层6主要用于吸收等离子体并屏蔽高压电场，等离子体发生器3工作时，会产生数十千伏的高压，同时，其产生的等离子体如果直接作用于人体或其他被保护物体，均可能产生伤害。因此，需要在等离子体发生器3末端安装电屏蔽装置，用于中和等离子体，同时吸收高压静电。

具体地，该空气净化结构100工作过程为：环境空气经活性碳纤维滤层5初步净化后首先被引入等离子体发生器3，空气中的大颗粒微粒在此处被吸附移除，有毒有害气体和有机化学物等氧化分解为无害产物，同时致病微生物在瞬时高压电击下被杀灭。随后空气进入过滤膜组件22，粒径大于超滤膜微孔(如0.01微米)的微粒等有害物质被有效阻隔，净化后的空气再一次经过活性碳纤维层5，气体中可能携带的臭氧的等高压电场副产物会被移除。彻底净化的空气通过出气口排出供人体吸用。通过使用等离子体发生器3和毛细管式超滤膜21集束作为核心净化装置，活性碳纤维材料作为辅助净化装置，实现空气的多次过滤，大大提高的空气的净化率。

在同一环境下，针对电极厚度、等离子体发生器输出电压与净化率TVOCs之间的关系做测试，如表1所示

表1

注：TVOCs是采样分析得到的所有室内有机物质的综合，主要包括甲苯、苯、乙酸丁酯、苯乙烯等气态污染物。

从中可以看出，电极之间电压越高、电极越薄，其对TVOCs的净化效果更好，在0.10毫米电极材料配合18kV的电压条件下，对TVOCs的净化能力可达84.1％。那么当电极材料厚度进一步降低至0.05毫米，其净化效率可进一步提升至90％以上。但目前市场上峰值电压高于18kV的高压元器件价格跃升明显，且厚度低于0.05毫米的金属材料加工难度和成本极高，因此，在生产成本、加工工艺允许的条件下，推荐选择厚度更低的金属电极材料，并尽量增加高压元器件的电压差值以提升净化效果。同时，电极间距增大会降低反应电场电压强度，从而导致等离子体浓度下降，影响净化效率。作为参考，实验中任意相邻两个净化管31之间的间距为5毫米。另一方面，随着处理频率的增大，等离子体发生器3的放电功率也会增大，从而增加高能粒子的密度，提高病菌杀灭率。但元器件随着工作频率升高其损耗也增大而影响使用寿命。作为参考，实验使用的是电源频率为40kHZ的高频高压交流电源。

本实用新型实施例还提供了一种穿戴式设备，该穿戴式设备包括上述的空气净化结构100。通过在穿戴式设备上设有上述的空气净化结构100，能够实现对进入穿戴式设备内的空气进行多次净化，净化效果好，且残留的有机颗粒物、气体污染物和致病微生物等能够被等离子发生器中等离子体分解或灭杀而得以净化。需要说明的是，等离子体发生器3产生电流非常小，持续时间非常短，加上穿戴式设备设有绝缘防护，因此穿戴式设备使用上不会有安全隐患。

譬如，该穿戴式设备为智能面罩或者智能面具。上述的空气净化结构100设置在智能面罩本体或在智能面罩本体的内侧。在此，该空气净化结构100作为穿戴式设备的滤芯结构，一方面其能够对进入智能面罩或智能面具的空气进行净化，隔离空气中的微粒通过呼吸进入用户的口鼻，另一方面由于空气净化结构100具有结构简单、体积小等特点，有利于制造商设计改变该穿戴式设备的形状和尺寸，从而实现用户佩戴舒适性高。

进一步，本实用新型实施例还提供了一种空气净化装置，如便携式的空气净化仪、家用的空气过滤器等，该空气净化装置包括上述的空气净化结构100。通过在空气净化装置上设有上述的空气净化结构100，能够实现对进入空气净化装置内的空气进行多次净化，净化效果好，且残留的有机颗粒物、气体污染物和致病微生物等能够被等离子发生器中等离子体分解或灭杀而得以净化，防止二次污染。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.空气净化结构，其特征在于，包括壳体、过滤膜组件及等离子体发生器，所述壳体具有相互连通的进气口和出气口，所述等离子体发生器安装于所述壳体中且靠近所述进气口的一端，所述过滤膜组件竖向插装于所述壳体的出气口一端，所述过滤膜组件与所述等离子体发生器相互连通，所述等离子体发生器包括嵌套式设置的多个净化管和设于所述净化管两端且用于定位安装各所述净化管的若干安装件，任意两所述净化管之间为间隙设置，各所述净化管的外侧和内侧分别设有极性相反的电极，所述电极与电源模块电性连接。

2.根据权利要求1所述的空气净化结构，其特征在于，各所述电极沿着所述净化管的高度方向螺旋设置。

3.根据权利要求2所述的空气净化结构，其特征在于，在所述电极中任一个负电极背离所述净化管的一侧及两端边缘处分别设有锯齿状结构。

4.根据权利要求1所述的空气净化结构，其特征在于，所述过滤膜组件包括多个沿着所述壳体的轴向方向并排集束设置的毛细管式超滤膜。

5.根据权利要求1所述的空气净化结构，其特征在于，所述空气净化结构还包括电屏层，所述电屏层环绕设置在所述净化管靠近所述过滤膜组件一端端口处的内侧。

6.根据权利要求1所述的空气净化结构，所述空气净化结构还包括安装于所述壳体的进气口处的送风组件，所述送风组件与所述电源模块电性连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的空气净化结构，其特征在于，所述壳体的进气口的端口处和所述出气口的端口处分别填充有活性碳纤维过滤层。

8.根据权利要求1-6任一项所述的空气净化结构，其特征在于，所述空气净化结构还包括设于所述壳体中且横截面呈喇叭状的导气罩，所述导气罩的大端与所述等离子体发生器相连，所述导气罩的小端与所述过滤膜组件连接。

9.一种穿戴式设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的空气净化结构。

10.一种空气净化装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的空气净化结构。

Images