一種高容塵量高效率的複合靜電空氣淨化裝置製造方法
2023-05-02 04:15:01 1
一種高容塵量高效率的複合靜電空氣淨化裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高容塵量高效率的複合靜電空氣淨化裝置,依次包括：初效過濾網、碳刷荷電區、靜電除塵區、空氣過濾器、灰鬥，空氣過濾器兩端裝有壓差傳感器，灰鬥中設有物位傳感器。本實用新型的複合靜電空氣淨化裝置靜電除塵區收集帶電顆粒，保護空氣過濾器，延長空氣過濾器的使用壽命；二是減少空氣過濾器的容塵量，降低壓降，節約動力，三是降低空氣同空氣過濾器上塵土和顆粒的暴露時間，減少空氣在顆粒過濾過程中同汙染物氣體，細菌病毒的二次汙染；四是濾料區域過濾效率對於風量變化不敏感，適當的增加風量對於系統整體除塵效率影響有限，此淨化系統適合於變風量的建築。
【專利說明】一種高容塵量高效率的複合靜電空氣淨化裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於空氣調節【技術領域】，特別涉及一種高效，節能，經濟，環保的空氣過濾淨化裝置。
【背景技術】
[0002]建築環境中的顆粒物嚴重危害人體的身體健康和工作效率，如哮喘，呼吸道疾病等。目前暖通空調系統當中常用的淨化手段是濾料過濾，如高效過濾器(HEPA)，袋式過濾器。但是這類本身過濾器有以下幾個缺點，包括濾料顆粒層汙染，壓降過大等問題。隨著過濾時間的增加濾料過濾器表面會附著顆粒層，顆粒層厚度不大但是壓降大；此顆粒層會汙染通過過濾器的新鮮空氣，空氣中的顆粒物被過濾的同時其氣態汙染物的含量會增加。有學者通過實驗驗證了髒過濾器對於乾淨空氣的汙染作用，如
[I]Clausen,G..2004.Ventilation filters and indoor air quality:a review ofresearch from the International Centre for Indoor Environment and Energy.1ndoorair, 14(7):202-207。由於顆粒層的作用濾料過濾器壓降較大，運行一段時間造成系統風量的大幅度減少；濾料過濾器的費用較高，對於某些場合來講按設計更換高效過濾器是一筆不小的費用。因此，很多建築運行機構不按照設計規定更換過濾器或使用中低效過濾器以替代高效過濾器，造成室內空氣品質變差。針對濾料過濾器的以上不足，一些建築(尤其是汙染嚴重的工業建築)採用靜電除塵器以替代濾料過濾器。靜電除塵器壓降很小，集塵板上的顆粒層不會帶來壓降增長；新鮮空氣同集塵板顆粒層的接觸機率同濾料過濾器相比較小很多，若集塵板清洗得當汙染會更小。但靜電除塵器在建築的應用中有兩個大的障礙，一是運行維護難度較濾料除塵器大，二是對於亞微米顆粒其效率難以達到90%以上。針對於兩種空氣淨化技術各自的優缺點，不少學者致力於靜電-濾料複合式空氣淨化系統的研究。如[2]Park, J.H.，Yoon, K.Y.，Hwang, J.，2011.Removal of submicron particles using acarbon fiber ionizer-assisted medium air filter in a heating, ventilation, andair-conditioning (HVAC) system.Building and Environment, 46 (8): 1699-1708.(此項工作研究了靜電除塵器同纖維過濾器耦合的複合式系統，此系統可以大幅度提高亞微米顆粒的淨化效率)；[3]Huang, R., Agranovski, 1., Pyankov, 0., Grinshpun, S., 2008.Removalof viable bioaerosol particles with a low-efficiency HVAC filter enhanced bycontinuous emission of unipolar air ions.1ndoor air, 18 (2): 106-112.(此項工作測試了靜電除塵器與低效過濾器複合過濾裝置對於生物氣溶膠顆粒的淨化效率，相對於無靜電過濾裝置此系統效率可以提高4到5倍)。複合式系統相對於傳統方式揚長避短，有如下優點。靜電區域過濾大顆粒，高效濾料區域過濾小顆粒，系統整體壓降增長速率比單一濾料過濾器要小；靜電區域使顆粒帶電，提高濾料的過濾效率；由於靜電區域的存在濾料表面的顆粒物沉積量減小，汙染新鮮空氣的可能性降低；在保證效率的前提下，系統壓降減少且過濾器更換周期變長，技術經濟性大幅度改善；靜電除塵器釋放一定濃度的負離子到被處理空氣中，其有利於人體健康。目前市場上常見的複合式靜電除塵器有一些不足導致其應用性受到了限制。很多的複合式靜電除塵器中電場區域採用針尖-極板結構，此結構對於工業廠房中高濃度大粒徑的粉塵過濾效率高。但是在民用建築中，粉塵濃度低且顆粒的粒徑小，故普通的針尖-極板式複合靜電除塵器靜電區域效率低，直接導致後面的濾料表麵粉塵沉積量過大，總體優勢不明顯。因此，必須改進電區結構以保證靜電除塵區域的效率。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的是提供一種高容塵量高效率的複合靜電空氣淨化裝置，解決現有技術中靜電除塵器靜電區域效率低、運行過程能耗高，投資成本大、複合除塵系統使用壽命低的問題。
[0004]本實用新型是通過如下技術方案實現的:
[0005]一種高容塵量高效率的複合靜電空氣淨化裝置，依次包括:初效過濾網、碳刷荷電區、靜電除塵區、空氣過濾器、灰鬥，空氣過濾器兩端裝有壓差傳感器，灰鬥中設有物位傳感器。
[0006]靜電除塵區有多個金屬方格構成金屬方格集塵板，每個金屬方格中央安裝有圓柱放電極，金屬方格壁面構成接地電極，圓柱放電極構成放電電極。所述金屬方格的邊長數值為50-100mm。所述金屬方格集塵板為平板狀或褶皺板狀金屬板。
[0007]所述空氣過濾器為高效過濾器或中效過濾器。
[0008]所述碳刷荷電區由碳刷電極和接地金屬板組成。
[0009]本實用新型的有益效果為:一是靜電除塵區收集帶電顆粒，保護空氣過濾器，延長空氣過濾器的使用壽命，由於放電極到集塵板的距離小，故電場強度大收塵效率高；二是減少空氣過濾器的容塵量，降低壓降，節約動力，三是降低空氣同空氣過濾器上塵土和顆粒的暴露時間，減少空氣在顆粒過濾過程中同汙染物氣體，細菌病毒的二次汙染；四是濾料區域過濾效率對於風量變化不敏感，適當的增加風量對於系統整體除塵效率影響有限，此淨化系統適合於變風量的建築。
[0010]用戶可以根據自身要求選擇高效過濾器或中效過濾器，在保證室內空氣品質的基礎上最大降低運行成本。
[0011]本專利採用金屬方格的結構以擴大金屬收塵面積。此結構也可以增加顆粒荷電量以及空間負離子濃度。
[0012]空氣過濾器的兩端設置單一壓差傳感器，同時檢測過濾器和靜電裝置的工作狀態，保證系統持久運打。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型高容塵量高效率的複合靜電空氣淨化裝置結構示意圖；
[0014]圖2為平板狀金屬方格集塵板結構示意圖；
[0015]圖3為褶皺板狀金屬方格集塵板結構示意圖；
[0016]其中，1:初效過濾網；2:高壓碳刷電極；3:接地金屬板；4:圓柱放電極；5:金屬方格集塵板；6:空氣過濾器；7:壓差傳感器；8:取壓管；9:物位傳感器；10:灰鬥；11:接地裝置。【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本實用新型作更進一步的闡述。
[0018]如圖1所示，空氣依次流經以下裝置，顆粒物，氣態汙染物等得到去除:初效過濾網I ;碳刷電極2和接地金屬板3組成碳刷荷電區；金屬方格集塵板5和圓柱放電極4構成的靜電除塵區；空氣過濾器6 ;壓差傳感器7 ;物位傳感器9 ;灰鬥10。
[0019]被汙染的空氣經過初效過濾網I得到初步淨化(例如毛髮，昆蟲等);進入碳刷荷電區2後大部分的顆粒物被荷電；靜電除塵區可以施加強電場使得大部分荷電顆粒被去除，荷電量較少且未飽和的顆粒可以在靜電除塵區內補充荷電量；空氣過濾器6繼續捕捉細小顆粒，灰鬥10收集並排除靜電區域積累的顆粒物。
[0020]靜電除塵區有若干個金屬方格構成，金屬方格中央安裝有圓柱放電極。金屬方格壁面構成接地電極，圓柱放電極構成放電電極。在同一個管道中，金屬方格的個數越多，圓柱放電極的直徑越小，則電場強度和電流密度增大。接地電極的容塵量和顆粒層厚度越大，電流值減小且系統除塵效率降低。對於顆粒濃度較高的場合，可以採用褶皺式金屬板製作金屬方格。褶皺板狀可以增加收塵面積，提高運行效率和時間。
[0021]高效過濾器對於0.2um粒徑的荷電顆粒其過濾效率在99.9%以上；中效過濾器對於0.2um粒徑的荷電顆粒其過濾效率在90%以上，兩者價格相差較大，用戶可以根據具體需要選擇過濾器類型。但荷電的中效濾料對於帶電顆粒的細微顆粒的去除效率較非電工況是有大幅度的提聞。
[0022]空氣過濾器6兩段裝有壓差傳感器7，此壓差傳感器每半小時採集數據，監測靜電除塵和空氣過濾器除塵的效率。若壓差超過額定值，則說明過濾器應更換；如壓差在較短時間內達到額定值，說明靜電除塵區域效果不理想，應改造。灰鬥10中物位傳感器9監視顆粒物層的物位高度。
[0023]在管道入口處設置有初效過濾網1，其作用是去除空氣中較大的汙染物質並保護後面的過濾淨化裝置(比如毛髮和昆蟲等)。在初效過濾網I的下遊是碳刷電極2和接地金屬板3組成的碳刷荷電區，其主要作用是使得來流大多數顆粒荷電以提高靜電過濾區的除塵效率。靜電過濾區由圓柱電極4和金屬方格5組成，其作用是捕捉荷電顆粒並使得低荷電量的顆粒繼續荷電。金屬方格個數，圓柱電極尺寸以及集塵板面積影響除塵效率和荷電程度。考慮到普通放電極的幾何結構(直徑0.2-1_)，為保證系統的放電特性金屬方格的邊長數值一般為50-100mm。空氣過濾器6的作用是過濾較小粒徑顆粒，並且可以採用高效過濾器或中效過濾器。高效過濾器適用於空氣品質要求較高的場所(如高檔住宅和手術室等)，中效過濾器適用於空氣品質要求較低的場所(如普通住宅和工業廠房等)。空氣過濾器6兩端裝有壓差傳感器7以檢測過濾器壓差。
[0024]本項實用新型工作原理如下:被汙染的空氣在HVAC系統中動力設備的作用下，依次通過各個過濾淨化設備，再釋放到室內空間中創造新的環境。空氣首先通過初效過濾網1，過濾較大的顆粒物以及汙染物(如昆蟲和毛髮等)並保護後續的空氣淨化裝置。被初步過濾的空氣進入到碳刷放電極2和金屬集塵板3組成的碳刷放電區，在常溫常壓的條件下，高壓碳刷電極放電產生大量的高能電子，高能電子衝擊空氣產生活性負離子，高能電子和活性負離子可以使得顆粒帶電，部分帶電顆粒運動到金屬集塵板實現靜電過濾作用，其餘絕大部分的帶電顆粒以及高能電子和活性負離子進入靜電除塵區。靜電除塵區內的圓柱電極4和金屬方格集塵板5形成高強度的電場，在電場力的作用下荷電顆粒被有效去除。顆粒帶電和空氣中高濃度負離子使空氣過濾器6的過濾效率大幅度提高；活性負離子可以同VOC等有害氣體發生反應產生無害物質。
[0025]被碳刷電極處理過的空氣進入顆粒物過濾主體區域，空氣首先流經靜電除塵區域，再流過濾料過濾器。用戶可以根據需要選擇不同的空氣過濾器模塊，高效過濾器和中效過濾器。靜電除塵區由圓柱電極4和金屬方格5構成，有四點作用。一是大量收集帶電顆粒，保護空氣過濾器6，延長空氣過濾器6的使用壽命；二是減少高效過濾器空氣過濾器6的容塵量，降低壓降，節約動力，三是降低空氣同空氣過濾器6上塵土和顆粒的暴露時間，減少空氣在顆粒過濾過程中氣體，細菌病毒的二次汙染；四是荷電作用，在碳刷荷電區荷電量較低的細小顆粒在靜電除塵區可以繼續增加荷電量以提高濾料捕捉效率。空氣進入空氣過濾器6，超細顆粒物被其過濾。
[0026]空氣過濾器6的具體結構形式(如褶皺密度，褶皺深度等)以及圓柱電極4和金屬網格5的具體參數(如圓柱直徑和長度，金屬網格數，金屬網格集塵面積等)需根據實際的現場條件和工況來確定，數值仿真技術(如CFD)是提供設計依據的有效手段。必要時可以將高效過濾器空氣過濾器6同靜電過濾區製作成一體化裝置。
[0027]空氣過濾器6的兩端裝有壓差傳感器，將信號傳至樓宇控制中心，檢測整體空氣過濾系統。若壓差過高(超過3倍初阻力)，說明過濾器應該更換；若壓差基本為零，說明過濾器被堵死；若壓差在較短的時間內達到較大數值，說明前置的靜電系統對於目前的汙染空氣作用較差，應重新設計和改造靜電系統。顆粒物過濾模塊下方設置有灰鬥以去除灰塵，此過濾系統在風道中安裝故灰鬥體積不能太大，因此易產生揚塵。灰鬥設有物位傳感器以檢測灰鬥集塵量，以防止灰鬥中集塵量過多而產生的二次揚塵。
[0028]儘管此系統的主要作用是去除顆粒物，但其具有去除氣態汙染物的能力。首先，高壓電極放電產生高壓電場，在電場和高速電子衝擊下氣態汙染物以及病毒細菌的結構會被破壞；其次，大量的顆粒物被去除，氣態汙染物以及病毒細菌失去了賴以依靠的載體，其威脅人類健康的機率大大降低；第三，此系統對於氣態汙染物以及病毒細菌的初級淨化有利於提高後續專業裝置(如光觸媒和紫外線淨化，活性炭吸附)效率的提高。但是，高壓放電區域會產生臭氧。帶有顆粒層的玻纖或化纖過濾器對於臭氧有較高的去除效率(可達到40%)，對於臭氧濃度要求較高的場合可以在顆粒過濾器後部安裝有活性炭吸附過濾器。
[0029]空氣經過初效過濾，靜電過濾等過程釋放到封閉空間中。用戶可以根據室內空間顆粒物的性質以及室內空間使用要求選擇不同的過濾器類型(如對空氣品質要求高，則選用HEPA，但造價也高；對空氣品質要求一般，則選用普通中效過濾器，但造價有所降低)。
[0030]儘管上面結合附圖對本實用新型進行了描述，但是本實用新型並不局限於上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅是示意性的，而不是限制性的，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾均屬本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種高容塵量高效率的複合靜電空氣淨化裝置，其特徵在於，依次包括:初效過濾網、碳刷荷電區、靜電除塵區、空氣過濾器、灰鬥，空氣過濾器兩端裝有壓差傳感器，灰鬥中設有物位傳感器。
2.根據權利要求1所述高容塵量高效率的複合靜電空氣淨化裝置，其特徵在於，靜電除塵區有多個金屬方格構成金屬方格集塵板，每個金屬方格中央安裝有圓柱放電極，金屬方格壁面構成接地電極，圓柱放電極構成放電電極。
3.根據權利要求2所述高容塵量高效率的複合靜電空氣淨化裝置，其特徵在於，所述金屬方格的邊長數值為50-100mm。
4.根據權利要求2或3所述高容塵量高效率的複合靜電空氣淨化裝置，其特徵在於，所述金屬方格集塵板為平板狀或褶皺板狀金屬板。
5.根據權利要求1所述高容塵量高效率的複合靜電空氣淨化裝置，其特徵在於，所述空氣過濾器為高效過濾器或中效過濾器。
6.根據權利要求1所述高容塵量高效率的複合靜電空氣淨化裝置，其特徵在於，所述碳刷荷電區由碳刷電極和接地金屬板組成。
【文檔編號】B01D50/00GK203635013SQ201320834013
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】龍正偉, 馮壯波, 任生雄 申請人:天津大學