一種高效網孔通道分級空氣過濾結構的製作方法
2023-07-25 20:31:46 1
專利名稱：一種高效網孔通道分級空氣過濾結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高效網孔通道分級空氣過濾結構。
背景技術：
交通工具空調系統用的空氣過濾器濾芯，按過濾材料來分，經歷了油溼式、油浴式再到紙質濾芯三個階段；按結構來分，經歷了平板式、摺疊有隔板式、摺疊無隔板式，摺疊圓筒式等幾個階段。金屬網狀濾芯由於過濾效率太低，在交通工具空氣過濾系統中已經趨於淘汰。從五十年代開始，出現了新型材料紙質濾芯，技術上經過不斷完善，具有過濾效率高，為95°/Γ99%，成本低，更換方便，結構尺寸小，因而獲得廣泛使用。但由於車輛行駛的道路空氣環境中各種尺寸的顆粒物汙染嚴重，易造成過濾器堵塞，壽命短，使得過濾器更換過於頻繁。對於大型貨車，更換頻率甚至高達每600公裡I次。同時，現有過濾器結構只能保證去除一種類型的汙染物，不滿足公眾乘客越來越強的多種汙染物同時去除的需求。優良的汽車空調用的空氣過濾器結構需要包括以下幾方面性能:(1)過濾效率高；(2)同時去除多種汙染物；(3)機械強度大；(4)均勻性好；(5)使用壽命長。然而目前國內市場上汽車空調用的過濾器的結構普遍存在以下缺點:一是濾料結構材質單一，過濾效率較低，過濾多種汙染物功能較差；二是濾料使用過程中，容塵分布不合理，外多內少，在濾料表面形成表面過濾，阻力增加比較快，降低了濾料使用壽命；三是過濾材料在過濾器內的比例過低，空間利用率過低。
發明內容
本發明針對傳統空氣過濾器中過濾結構過濾效率低下、功能單一以及壽命短等問題，通過顆粒物過濾理 論及計算流體力學技術對濾料結構與功能進行了科學合理的設計，提出一種高效網孔通道分級空氣過濾結構。本發明提出的一種高效網孔通道分級空氣過濾結構，專門用於交通環境空調系統的空氣過濾器中，以達到空氣過濾效率高，過濾汙染物種類多，使用過程中阻力變化小，機械強度高，使用壽命長等特點。本發明為達到以上技術要求，所採取的技術方案是:
一種高效網孔通道分級空氣過濾結構，所述分級空氣過濾結構沿氣流流動方向依次由第一級過濾結構1、第二級過濾結構2、第三級過濾結構3和第四級過濾結構4串聯而成，其中:第一級過濾結構1、第二級過濾結構2、第三級過濾結構3和第四級過濾結構4整體結構相同，均由平面濾料I與之字形摺疊濾料II交替疊加形成並聯的正三稜柱通道過濾單元，正三稜柱通道過濾單元內每隔相同距離設置正三角形隔板，相鄰正三稜柱通道過濾單元內正三角形隔板錯位排列，即正三稜柱通道過濾單元內設置正三角形隔板位於與其相鄰正三稜柱通道過濾單元中相鄰正三角形隔板的中間位置，所述並聯的正三稜柱通道過濾單元之間通過濾料分隔，進氣口截面上的正三角形進氣通道與正三角形隔板交錯排布，出氣口截面對應進氣口截面，每個正三稜柱通道過濾單元以相同開閉形式設置為正三角形出氣通道與正三角形隔板交錯排布，即若一正三稜柱通道過濾單元進氣口截面為敞開式進氣通道，出氣口截面亦為敞開式出氣通道；若一正三稜柱通道過濾單元進氣口截面為正三角形隔板，出氣口截面亦為正三角形隔板；所述第一級過濾結構1、第二級過濾結構2、第三級過濾結構3和第四級過濾結構4構成正三稜柱通道的濾料不同，所述氣體通過第一級過濾結構I由粗顆粒濾料分隔，第二級過濾結構2由中顆粒濾料分隔，第三級過濾結構3由細顆粒濾料分隔，第四級過濾結構4由氣態汙染物吸附濾料分隔。本發明中，所述正三稜柱通道過濾單元的底邊邊長為1-3釐米。本發明中，所述正三稜柱通道過濾單元內相鄰正三角形隔板間距為5-10釐米。本發明中，所述粗顆粒濾料孔徑大於5微米，中顆粒濾料孔徑1-5微米之間，細顆粒濾料孔徑小於I微米。本發明中，每級過濾結構並聯正三稜柱通道過濾單元的數量可根據需要增加或減少，平面濾料或之字形摺疊濾料的濾料厚度為0.5-2mm。本發明中，第一級過濾結構1、第二級過濾結構2、第三級過濾結構3和第四級過濾結構4邊界的形狀可隨過濾器接口形狀改變，可為長方體、圓柱體等結構，其側面邊界全部為不透氣的封閉邊界。本發明涉及一種高效網孔通道分級空氣過濾結構，與市場上銷售的空氣過濾器中的濾料結構相比，其優勢在於:
(I)本發明通過創造性改變過濾層的結構形式，使得氣流流動方式由傳統的直進直出方式，變為彎曲流動方式，從而增加了氣流通過過濾材料的次數,增加了有效過濾面積,提高了捕集效率。(2)本發明針對一般過濾器材料結構功能單一、氣流阻力大、壽命低及過濾汙染物種類單一等不足，採用分級模式，每級過濾結構相同，但過濾材料可以不同，各級之間串聯連接，可以任意改變各級過濾材料種類，實現對不同空氣品質的過濾淨化功能。(3)本發明採用顆粒物過濾理論及計算流體力學技術，根據交通環境中汙染物特點設計每級過濾層的厚度以及正三稜柱空間結構的尺寸以及每級並聯的通道數量等，使得本發明所述濾料結構捕集效率等性能都能達到最優。
圖1空氣過濾結構示意圖。圖2空氣過濾結構製作示意圖。圖3第一級過濾結構透視圖。圖4空氣過濾結構局部氣流走向及結構展開圖。圖中標號:1為第一級過濾結構；2為第二級過濾結構；3為第三級過濾結構；4為第四級過濾結構；5、6、7、8、10、11、12、13分別為第一三稜柱通道、第二三稜柱通道、第三三稜柱通道、第四三稜柱通道、第五三稜柱通道、第六三稜柱通道、第七三稜柱通道和第八三稜柱通道；9為正三角形隔板；I為平面濾料；II為之字形摺疊濾料。
具體實施例方式以下結合附圖1-4和發明人依本發明的技術方案所完成的具體實例，對本發明作進一步的詳細描述。圖1所示，本發明整體結構由四級過濾結構組成，沿氣流流動方向依次為第一級過濾結構1、第二級過濾結構2、第三級過濾結構3和第四級過濾結構4。其中:第一級過濾結構I採用粗顆粒濾料隔開、第二級過濾結構2採用中顆粒濾料隔開、第三級過濾結構3採用細顆粒濾料隔開和第四級過濾結構4採用氣態汙染物吸附濾料隔開。具體實例選用第一級過濾結構I對本發明進行說明，其他級過濾結構的情況與此相同。具體實例選用方形外邊界進行舉例說明，其他外邊界結構形狀(圓型、橢圓形等)也適用本發明的濾料結構。圖3所示，本發明所述的空氣過濾結構，每級主體製作方法如圖2，由平面濾料I與之字形摺疊濾料II交替疊加形成並聯的正三稜柱通道過濾單元組成，利用計算流體力學技術，確定在通常交通工具空調中出現的過濾風速(l-5m/s)條件下，正三稜柱通道過濾單元的邊長為1-3釐米，正三稜柱通道過濾單元由正三角形隔板9隔開，同一正三稜柱通道過濾單元內相鄰隔板間距為5-10釐米，相鄰正三稜柱單元內隔板位置錯位排列。待處理汙染空氣由圖3或圖4中進氣孔進入第一三稜柱通道5，由於第一三稜柱通道5末端為正三角形隔板9，源源不斷被送入第一三稜柱通道5的氣流被正三角形隔板9阻擋，不能沿孔道向前流動，氣流會在不斷增加的壓力作用下通過第一三稜柱通道5的三個側面濾料層，粒徑較大的顆粒汙染物會被截留在第一三稜柱通道5的三個側面濾料層中，過濾後空氣分別進入第二三稜柱通道6、第三三稜柱通道7、第四三稜柱通道8，這樣實現了汙染空氣的第一次過濾。同時，與進氣口通道5相鄰的其他進氣口通道中的汙染空氣經過第一次過濾後也會分別進入第二三稜柱通道6、第三三稜柱通道7、第四三稜柱通道8。以第二三稜柱通道6為例，第二三稜柱通道6中氣流來自三側面匯集的相鄰孔道中的第一次濾後空氣，這樣第二三稜柱通道6側面匯集的濾後空氣會沿著第二三稜柱通道6進入第五三稜柱通道10中，如圖4所示。同理，經過第一次過濾後的空氣由第三三稜柱通道7和第四三稜柱通道8分別進入第六三稜柱通道11和第七三稜柱通道12。匯集於第五三稜柱通道10、第六三稜柱通道11和第七三稜柱通道12中的空氣也會以第一三稜柱通道5中空氣氣流模式向三稜柱三側面的方向擴散，形成分支氣流；以整個過濾器為參考對象的話，空氣氣流在通道內是縱橫交錯，以錯流方式進行流動。特別地，以第五三稜柱通道10、第六三稜柱通道11和第七三稜柱通道12為例，這些通道中的部分氣流由於末端實心擋塊阻擋，必然會透過第六三稜柱通道11而匯集於第八三稜柱通道13中，第八三稜柱通道13中的空氣又會以第二三稜柱通道6的模式直接進入與之相連的下一通道，而後以第一三稜柱通道5的模式過濾流動。另外，每級過濾結構並聯的過濾通道數量可根據實際空氣品質要求來確定，來流經過第一級過濾結構I後，以與第一級過濾結構I相同的流動方式經過第二、三、四級過濾結構，從而實現高效去除各種空氣汙染物的目的。
權利要求
1.一種高效網孔通道分級空氣過濾結構，其特徵在於所述分級空氣過濾結構沿氣流流動方向依次由第一級過濾結構(I)、第二級過濾結構(2)、第三級過濾結構(3)和第四級過濾結構(4)串聯而成，其中:第一級過濾結構(I)、第二級過濾結構(2)、第三級過濾結構(3)和第四級過濾結構(4)整體結構相同，均由平面濾料(I)與之字形摺疊濾料(II )交替疊加形成並聯的正三稜柱通道過濾單元，正三稜柱通道過濾單元內每隔相同距離設置正三角形隔板，相鄰正三稜柱通道過濾單元內正三角形隔板錯位排列，即正三稜柱通道過濾單元內設置正三角形隔板位於與其相鄰正三稜柱通道過濾單元中相鄰正三角形隔板的中間位置，所述並聯的正三稜柱通道過濾單元之間通過濾料分隔，進氣口截面上的正三角形進氣通道與正三角形隔板交錯排布，出氣口截面對應進氣口截面，每個正三稜柱通道過濾單元以相同開閉形式設置為正三角形出氣通道與正三角形隔板交錯排布，即若一正三稜柱通道過濾單元進氣口截面為敞開式進氣通道，出氣口截面亦為敞開式出氣通道，若一正三稜柱通道過濾單元進氣口截面為正三角形隔板，出氣口截面亦為正三角形隔板；所述第一級過濾結構(I)、第二級過濾結構(2)、第三級過濾結構(3)和第四級過濾結構(4)構成正三稜柱通道的濾料不同，所述氣體通過第一級過濾結構(I)由粗顆粒濾料分隔，第二級過濾結構(2)由中顆粒濾料分隔，第三級過濾結構(3)由細顆粒濾料分隔，第四級過濾結構(4)由氣態汙染物吸附濾料分隔。
2.根據權利要求1所述的一種高效網孔通道分級空氣過濾結構，其特徵在於所述正三稜柱通道過濾單元的底邊邊長為1-3釐米。
3.根據權利要求1所述的一種高效網孔通道分級空氣過濾結構，其特徵在於所述正三稜柱通道過濾單元內相鄰正三角形隔板間距為5-10釐米。
4.根據權利要求1或2所述的空氣過濾結構，其特徵在於粗顆粒濾料孔徑大於5微米，中顆粒濾料孔徑為1-5微米，細顆粒濾料孔徑小於I微米。
5.根據權利要求1或2所述的空氣過濾結構，其特徵在於每級過濾結構並聯正三稜柱通道過濾單元的數量根據需要增加或減少，平面濾料或之字形摺疊濾料的濾料厚度為0.5-2mm。
6.根據權利要求1所述的空氣過濾結構，其特徵在於每級過濾結構的形狀和邊界設置，該過濾結構邊界形狀隨過濾器接口形狀改變，為長方體或圓柱體結構，其側面邊界全部為不透氣的封閉邊界。
全文摘要
本發明涉及一種高效網孔通道分級過濾結構。由第一級過濾結構、第二級過濾結構、第三級過濾結構和第四級過濾結構依次串聯組成，每級過濾結構均由平面濾料Ⅰ與之字形摺疊濾料Ⅱ交替疊加形成並聯的正三稜柱通道過濾單元組成。正三稜柱通道過濾單元內每隔相同距離設置正三角形隔板，相鄰正三稜柱通道過濾單元內隔板錯位排列，確保氣流錯位流動穿過正三稜柱側面濾料，延長氣流在結構單元中的停留時間，增加有效過濾面積，提高捕集效率。本發明沿氣流方向採用分級串聯設計，每級結構選用不同過濾材料，可實現對氣流中各類顆粒物和氣態汙染物的分類捕捉。
文檔編號B01D53/02GK103157331SQ20131006683
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月4日 優先權日2013年3月4日
發明者徐斌, 崔鵬義 申請人:同濟大學