一種基於熱再生的壁掛式空氣淨化器及其淨化方法與流程

2023-10-09 14:24:44 2

本發明屬於室內空氣淨化技術領域，特別涉及一種基於熱再生的壁掛式空氣淨化器結構設計及其淨化方法。

背景技術：

隨著我國城市化的高速發展，每年樓房新建數量巨大，越來越多的新型裝修材料及化工產品被應用於室內裝飾裝演。這些新型室內裝修材料往往會釋放出大量揮發性有機物(VOCs)和甲醛等汙染物，造成嚴重的室內汙染。據統計，裝修後，新建房屋內甲醛及VOCs含量大部分超標。

揮發性有機物(VOCs)和甲醛顯著影響人們的舒適、健康及工作效率。揮發性有機物對人體造成感官刺激，使人體感覺乾燥，刺激眼黏膜、鼻黏膜、呼吸道和皮膚等；使人產生頭痛、乏力、昏昏欲睡等不舒適感。醇、芳香烴和醛類等汙染物會對黏膜和上呼吸道產生刺激；很多揮發性有機化合物如苯、四氯乙烯、三氯乙烷、三氯乙烯等可能與癌症相關。

此外，甲醛是我國居室內典型的汙染物。世界衛生組織己確認甲醛為致癌與致畸物質，為潛在的強致突變物之一。長期接觸低劑量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引發鼻咽癌、結腸癌、月經紊亂等。特別地，甲醛對於兒童、孕婦危害更大，可導致孕婦的妊娠綜合症，引起新生兒染色體異常、白血病，使得青少年記憶力和智力下降等。

人的一生中超過80％的時間生活在室內。因此，對室內VOCs及甲醛等汙染物進行淨化尤為必要。為此，需要選購合適的空氣淨化器來消除這些室內汙染物對人體的危害。

當前室內淨化技術主要包括通風、吸附、光催化氧化及等離子技術等。其中吸附材料由於具有成本較低，無有害副產物等優勢，在市場中應用最為廣泛。然而，由於吸附材料吸附容量有限，需經常要取出吸附材料進行脫附，否則將嚴重影響淨化效果，使吸附式空氣淨化器的生命周期較短，且頻繁更換吸附材料麻煩。這使得吸附式淨化器難於實現較長時間的應用。因此，亟需在工藝上解決吸附劑飽和這一關鍵問題。

眾所周知:對吸附材料採用加熱脫附是本領技術人員普遍採用的方法，為了克服吸附式淨化器需要頻繁更換吸附材料的缺陷，且根據吸附材料加熱脫附的方法，當前有公開文獻記載集以熱脫附功能於一體的新式吸附式淨化器，如專利申請號為：201510898501.0的一種基於熱再生的壁掛式空氣淨化器及其淨化方法，用戶根據需要選擇對室內淨化或機械通風，當選擇對室內淨化功能時，工作過程中將進行熱脫附後排汙，當選擇機械通風功能時，將室外新風引入室內，但該壁掛式空氣淨化器及其淨化方法存在如下缺陷：⑴因為只有在加熱脫附(熱再生模式時段)時，封閉密閉艙內才有可能壓強過大，又由於防裝置損壞用洩壓閥安裝在淨化器的密閉艙的空氣淨化室向室內的壁上，故一旦洩壓閥開啟洩壓，就將艙內汙染物濃度高的空氣洩向了室內，使室內構成二次汙染，且當空氣淨化室和加熱再生室之間的空氣閥處於關閉狀態及加熱再生室通向室外的空氣閥處於關閉狀態，即淨化器處於淨化模式時，對加熱再生室內的電加熱絲加熱控制電路失控產生高溫，而加熱再生室內的溫度傳感器又損壞了，此時封閉的加熱再生室內產生的壓強有可能過大而損壞裝置，因為此刻安裝在空氣淨化室向室內的壁上洩壓閥不可能起作用；⑵不能將吸附在粗效過濾器上的灰塵排向室外；⑶因排汙模式下開啟的是設置在空氣淨化室頂部的空氣閥，而關閉是設置在空氣淨化室底部的空氣閥，故空氣淨化室內脫附的含汙染物空氣不可能完全排出，還有可能排向室內，形成二次汙染；⑷因新風模式下開啟的是設置在空氣淨化室底部的空氣閥，而關閉是設置在空氣淨化室頂部的空氣閥，故室外新風不可能經風道主體中過濾模塊淨化後引入室內，而是不經過濾模塊淨化直通室內；⑸因採用純定時排汙，定時時間可能存在過長或過短，如冬天有可能存在定時的時間過長，夏天有可能存在定時的時間過短艙內的熱散不了。

技術實現要素：

本發明的目的是為克服己有技術的不足之處，提出一種基於熱再生的壁掛式空氣淨化器及其淨化方法，具有洩壓時不會對室內形成二次汙染和自動除過濾器上灰塵功能以及釆用定時加測溫方法控制排汙時間長短。

為了實現上述的目的，本發明的技術方案是：

一種基於熱再生的壁掛式空氣淨化器，包括：密閉艙、風機、第一電控空氣閥至第五電控空氣閥、粗效過濾器、高效可再生VOCs及甲醛吸附材料、發熱體、VOCs傳感器、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、控制處理器單元、洩壓閥；所述VOCs傳感器、第一溫度傳感器和第二溫度傳感器分別與控制處理器單元的輸入端相連接；所述風機、發熱體、第一電控空氣閥至第五電控空氣閥分別與控制處理器單元的輸出端相連接；所述密閉艙以左右設為用隔熱板相隔離的加熱再生室和空氣淨化室，第三電控空氣閥安裝在隔熱板上端，第四電控空氣閥安裝在隔熱板下端，第一電控空氣閥安裝於空氣淨化室上壁，第二電控空氣閥安裝於空氣淨化室下壁；第五電控空氣閥安裝於加熱再生室的艙壁上與室外大氣相通，與隔熱板下端第四電控空氣閥相對應；所述發熱體和第一溫度傳感器由上至下依次安裝在加熱再生室內；所述粗效過濾器、高效可再生VOCs及甲醛吸附材料、風機、VOCs傳感器由下至上依次安裝在空氣淨化室內，且粗效過濾器安裝在第四電控空氣閥位置以上空間，風機安裝在第三電控空氣閥位置以下空間；所述洩壓閥安裝於加熱再生室的艙壁上，通過穿過牆壁與室外大氣相連通，所述第二溫度傳感器安裝於室內。

以上所述的風機為雙向軸流風機。

以上所述的第一電控空氣閥和第二電控空氣閥選擇為單電控常開型電磁空氣閥，第三電控空氣閥和第四電控空氣閥及第五電控空氣閥選擇為為單電控常閉型電磁空氣閥。

以上所述的發熱體為PTC發熱體。

為了實現上述的目的，本發明的另一技術方案是：

一種基於熱再生的壁掛式空氣淨化器的淨化方法，包括如下步驟：

1)選擇淨化模式時設置空氣淨化器依次循環工作在淨化、脫附、排汙三個階段，

⑴淨化階段，

控制處理器單元通過控制信號控制第一電控空氣閥至第五電控空氣閥及風機，開啟關閉的空氣淨化室上下壁上的風道，關閉開啟的加熱再生室和空氣淨化室之間隔熱板上下端所設風道，以及關閉開啟的設於加熱再生室艙壁上與室外大氣相通的風道，控制風機正向運轉，使空氣淨化室內氣流由下至上流動，室內空氣由空氣淨化室下壁上風道流進後經過濾和吸附處理後從上壁上風道進入室內，待淨化階段運行累計時間達到要進行脫附處理所設定的時間時進入脫附階段⑵，

⑵脫附階段，

控制處理器單元通過控制信號控制第一電控空氣閥至第五電控空氣閥、發熱體及風機，關閉空氣淨化室上下壁上的風道，開啟加熱再生室和空氣淨化室之間隔熱板上下端所設風道，並保持加熱再生室艙壁上與室外大氣相通所設的風道關閉，保持風機正向運轉，即保持空氣淨化室內氣流由下至上流動，通過第一溫度傳感器對艙內空氣溫度進行持續監測，控制發熱體加熱，使艙內空氣溫度維持在設定值，空氣被發熱體加熱，加熱後的空氣經過吸附材料，促進高效可再生VOCs及甲醛吸附材料中所吸附的VOCs及甲醛的脫附，待脫附階段運行時間達到完成脫附處理所需的設定時間時進入排汙階段⑶，

⑶排汙階段，

控制處理器單元通過控制信號控制第一電控空氣閥至第五電控空氣閥、發熱體及風機，

①首先關閉發熱體，開啟加熱再生室艙壁上與室外大氣相通所設風道，以及開啟空氣淨化室下壁上所設風道，關閉加熱再生室和空氣淨化室之間隔熱板下端所設風道，保持加熱再生室和空氣淨化室之間隔熱板上端所設風道開啟，保持空氣淨化室上壁上所設風道關閉，保持風機正向運轉，即保持空氣淨化室內氣流由下至上流動，空氣淨化室內汙氣經加熱再生室和空氣淨化室之間隔熱板上端所設風道到加熱再生室艙壁上與室外大氣相通所設風道，排向室外，室內空氣經過空氣經淨化室的下壁上所設風道向空氣經淨化室內補充，待排汙階段風機正向運轉時間達到10min時進入排汙階段的步驟②，

②開啟空氣淨化室上壁上所設風道，以及開啟加熱再生室和空氣淨化室之間隔熱板下端所設風道，關閉空氣淨化室下壁上所設風道，關閉加熱再生室和空氣淨化室之間隔熱板上端所設風道，保持加熱再生室艙壁上與室外大氣相通所設風道開啟，控制風機反向運轉，改變空氣淨化室內氣流流向，空氣淨化室內氣流由上至下流動，空氣淨化室內汙氣經加熱再生室和空氣淨化室之間隔熱板下端所設風道到加熱再生室艙壁上與室外大氣相通所設風道，排向室外，室內空氣經過空氣經淨化室的上壁所設風道向空氣經淨化室內補充，對空氣經淨化室排汙的同時將粗效過濾器上吸附的灰塵排入室外大氣，待排汙階段風機反向運轉時間達到10min時進入排汙階段的步驟③，

③控制處理器單元通過第一溫度傳感器對艙內空氣溫度進行持續監測，通過第二溫度傳感器對室內空氣溫度進行持續監測，待監測到艙內溫度與室內溫度差值的絕對值≤1℃時返回到淨化階段⑴；

2)選擇新風模式時設置空氣淨化器依次循環工作在通風、脫灰二個階段，

控制處理器單元通過控制信號控制第一電控空氣閥至第五電控空氣閥，關閉空氣淨化室下壁上所設風道，關閉加熱再生室和空氣淨化室之間隔熱板上端所設風道，開啟加熱再生室和空氣淨化室之間隔熱板下端所設風道，開啟空氣淨化室上壁上所設風道，開啟設於加熱再生室艙壁上與室外大氣相通的風道，

⑴通風階段，控制處理器單元通過控制信號控制風機正向運轉，使空氣淨化室內氣流由下至上流動，室外空氣由設於加熱再生室艙壁上與室外大氣相通的風道流進後經過加熱再生室和空氣淨化室之間隔熱板下端所設風道進入空氣淨化室，經過濾和吸附處理後從空氣淨化室上壁上風道進入室內，待通風階段運行累計時間達到300h時進入脫灰階段⑵，

⑵脫灰階段，控制處理器單元通過控制信號控制風機反向運轉，使空氣淨化室內氣流由上至下流動，室內空氣經空氣淨化室上壁上所設風道進入空氣淨化室，由上至下流動，經加熱再生室和空氣淨化室之間隔熱板下端所設風道到加熱再生室艙壁上與室外大氣相通所設風道，排向室外，從而將粗效過濾器上吸附的灰塵排入室外大氣，待脫灰階段運行時間達到10min時進入通風階段⑴。

有益效果：

1、本發明實現了不僅實現對高效可再生VOCs及甲醛吸附材料脫附，還對粗效過濾器脫灰，因釆用定時加測溫方法控制排汙時間長短確保了排汙結束艙內溫度與室內溫度相適應，以及因洩壓閥安裝於加熱再生室的艙壁上通過穿過牆壁與室外大氣相連通，實現了任何時候溫度失控引起艙內高壓都能洩壓，且洩壓時不會對室內形成二次汙染。

2、本發明結構簡單，操作方便，安全穩定，提供了一種長期有效淨化室內空氣的方式。

附圖說明

圖1為本發明的一種基於熱再生的壁掛式空氣淨化器的裝置結構示意圖。

圖中：1.密閉艙，2.風機，3、4、5、6、7.第一電控空氣閥至第五電控空氣閥，8.粗效過濾器，9.高效可再生VOCs及甲醛吸附材料，10.發熱體，11.VOCs傳感器，12、16.第一溫度傳感器和第二溫度傳感器，13.控制處理器單元，14.洩壓閥，15.牆壁。

具體實施方式

如圖1所示，一種基於熱再生的壁掛式空氣淨化器，包括：密閉艙1、風機2、第一電控空氣閥3至第五電控空氣閥7、粗效過濾器8、高效可再生VOCs及甲醛吸附材料9、發熱體10、VOCs傳感器11、第一溫度傳感器12、第二溫度傳感器16、控制處理器單元13、洩壓閥14；所述VOCs傳感器11、第一溫度傳感器12和第二溫度傳感器16分別與控制處理器單元13的輸入端相連接；所述風機2、發熱體10、第一電控空氣閥3至第五電控空氣閥7分別與控制處理器單元13的輸出端相連接。

所述粗效過濾器8和高效可再生VOCs及甲醛吸附材料9構成空氣淨化模塊；粗效過濾器8選用方便安裝的常規產品，本發明選用傳統的過濾網，主要用於淨化顆粒物，即主要用於吸附灰塵，濾除空氣中的灰塵；高效可再生VOCs及甲醛吸附材料9為方便安裝的常規的顆狀活性炭為填充吸附材料，用於揮發性有機物(VOCs)和甲醛吸附。

所述密閉艙1懸掛(固定)於牆壁15(外牆)內壁之上，密閉艙1採用不鏽鋼環境艙，艙壁為雙層結構，兩層艙壁間填充有保溫隔熱材料；密閉艙1設置為左、右兩個分室，即設置為加熱再生室a和空氣淨化室b兩部分，加熱再生室a用於熱生產，空氣淨化室b用於空氣淨化；加熱再生室a和空氣淨化室b兩部分之間通過填充有隔熱材料的隔熱板而隔離；

在空氣淨化室b的上下壁上分別鋪設有風道與室內空氣相連通；空氣淨化室b上壁所設風道中安裝第一電控空氣閥3，即第一電控空氣閥3控制空氣淨化室b上壁所設風道的開/關；空氣淨化室b下壁所設風道中安裝第二電控空氣閥4，即第二電控空氣閥4控制空氣淨化室b下壁所設風道的開/關；

在加熱再生室a和空氣淨化室b兩部分之間隔熱板的上、下端分別鋪設有風道相連通；並設置：隔熱板上的上端風道與空氣淨化室b上壁的風道相連通，即隔熱板上的上端風道與空氣淨化室b的上壁風道都設置在風機2的上部空間；隔熱板上的下端風道與空氣淨化室b下壁的風道相連通，即隔熱板上的下端風道與空氣淨化室b的下壁風道都設置在空氣淨化模塊的下部空間；

隔熱板上端風道中安裝第三電控空氣閥5，即第三電控空氣閥5控制隔熱板上端風道的開/關；隔熱板下端風道中安裝第四電控空氣閥6，即第四電控空氣閥6控制隔熱板下端風道的開/關；

懸掛於室內的牆壁15上的密閉艙1，在加熱再生室a的艙壁上設置並安裝有第五電控空氣閥7的新風道，新風道通過穿過牆壁15與外界相連通，並且加熱再生室a艙壁上所設置的新風道位置與加熱再生室a和空氣淨化室b兩部分之間隔熱板下端鋪設的風道位置相對應，即在同一水平面；加熱再生室a通過新風道中第五電控空氣閥7與室外大氣相通，即第五電控空氣閥7控制新風道的開/關。

所述洩壓閥14為自動洩壓閥，用於維持艙內壓力穩定，即用於當艙內壓強過大時自動洩壓，從而保證艙內壓力處在安全範圍，以免艙內壓強過大損壞裝置；洩壓閥14安裝在加熱再生室a的艙壁上，通過穿過牆壁15與室外大氣相連通，既實現熱失控引起艙內壓強過大時洩壓閥14能夠自動洩壓，又保證洩壓閥14洩放的艙內汙染物濃度高的空氣通向室外大氣，即洩壓閥14洩放時不會對室內構成二次汙染。

所述第一電控空氣閥3至第五電控空氣閥7為二通空氣閥，第一電控空氣閥3至第五電控空氣閥7開/關控制端分別與控制處理器單元13輸出端相連接，控制處理器單元13根據條件對對應的電控空氣閥輸出相應控制信號，實現開/關，開時空氣閥開啟，關時空氣閥關閉；本發明中第一電控空氣閥3和第二電控空氣閥4選用單電控常開型電磁空氣閥，第三電控空氣閥5、第四電控空氣閥6及第五電控空氣閥7選用單電控常閉型電磁空氣閥。

所述發熱體10用於熱再生時提供脫附所需熱能，發熱體10的開/關控制端與控制處理器單元13的輸出端相連接，控制處理器單元13輸出控制信號至發熱體10，控制發熱體10開/關及溫度調節；本發明中發熱體10選用PTC發熱體(PTC加熱器)，即選用PTC型陶瓷加熱器，用於在脫附時使艙內空氣溫度維持在60±5℃。

所述第一溫度傳感器12用於檢測加熱再生室a內溫度，第一溫度傳感器12安裝於加熱再生室a空間內，設置在第四電控空氣閥6與第五電控空氣閥7之間。在加熱再生室a和空氣淨化室b相通時是也代表空氣淨化室b內溫度；所述第二溫度傳感器16用於檢測房間的室內溫度，第二溫度傳感器16安裝於本該裝置所要淨化的室內；第一溫度傳感器12和第二溫度傳感器16將採集的信號分別傳遞至控制處理器單元13進行處理控制。

所述發熱體10和第一溫度傳感器12由上至下依次安裝在加熱再生室a的空間內，且發熱體10通過支架固定於加熱再生室a和空氣淨化室b兩部分之間隔熱板的上、下端鋪設的風道之間壁上。

所述風機2為雙向軸流風機，風機2安裝在空氣淨化室b內上部的空間，即風機2安裝於高效可再生VOCs及甲醛吸附材料9與風道中第一電控空氣閥3之間，固定於密閉艙1的風道主體之上。風機2的控制端與控制處理器單元13的輸出相連接。當控制處理器單元13的輸出正向控制信號至風機2的控制端時，風機2正向運轉，即風向向上；當控制處理器單元13的輸出反向控制信號至風機2的控制端時，風機2反向運轉，即風向向下；當控制處理器單元13的輸出關閉控制信號至風機2的控制端時，風機2關閉，即風機2停止運轉。

所述VOCs傳感器11安裝於空氣淨化室b內風機2上部至上壁之間空間，用於測量艙內上壁風道出口空氣的VOCs濃度，將採集的信號傳遞至控制處理器單元13進行處理顯示。

所述粗效過濾器8、高效可再生VOCs及甲醛吸附材料9、風機2、VOCs傳感器11由下至上依次安裝在密閉艙1的空氣淨化室b的空間內，並且使粗效過濾器8安裝在加熱再生室a和空氣淨化室b兩部分之間隔熱板下端鋪設的風道位置以上空間，使風機2安裝在加熱再生室a和空氣淨化室b兩部分之間隔熱板上端鋪設的風道位置以下空間。

所述控制處理器單元13用於控制第一電控空氣閥3至第五電控空氣閥7開/關，控制雙向軸流風機2的風向改變及停止運行，控制發熱體10的開/關及溫度調節，以及通過第一溫度傳感器12對艙內溫度檢測，通過第二溫度傳感器16對房間室內溫度檢測，通過VOCs傳感器11對艙內出口空氣VOCs濃度檢測。控制處理器單元13包括MCU(微控制單元)單元、數據存儲器、實時時鐘、顯示器、操作鍵、以及與外設連接的各種接口等，控制處理器單元13根據操作鍵的功能選擇對電控空氣閥、風機、發熱體進行相應運行狀態控制，並通過溫度傳感器對溫度檢測結果進行相應控制，通過VOCs傳感器對艙內出口空氣VOCs濃度檢測送顯示器顯示。控制處理器單元13安裝在室內靠近密閉艙1便於人員操作的地方。

一種基於熱再生的壁掛式空氣淨化器的淨化方法包括：

通過控制處理器單元13上操作鍵選擇空氣淨化器在淨化模式或新風模式下工作，當選擇淨化模式時，運行過程依次循環淨化、脫附、排汙三個階段，並在排汙階段對粗效過濾器8進行除灰處理；當選擇新風模式時將室外新風引入室內，並在新風模式運行累計時間達到一定時長時對粗效過濾器8進行除灰處理。

選擇淨化模式時依次循環運行的淨化、脫附、排汙三個階段過程如下：

先進入淨化運行過程，控制處理器單元13通過控制信號開啟第一電控空氣閥3和第二電控空氣閥4，關閉第三電控空氣閥5、第四電控空氣閥6及第五電控空氣閥7，控制風機2正向運轉。室內空氣在密閉艙1的空氣淨化室b及室內進行循環，空氣淨化室b內空氣淨化模塊對室內空氣進行吸附淨化。待淨化運行過程累計運行時間達到300h時，轉入脫附運行過程，對電控空氣閥開/關轉換及開啟發熱體10，否則繼續運行淨化過程，直到人工切換模式或關閉空氣淨化器。在淨化運行過程中，控制處理器單元13通過VOCs傳感器11對出口空氣中VOCs濃度進行持續監測，並送顯示器顯示空氣淨化質量。

脫附運行過程，控制處理器單元13通過控制信號開啟第三電控空氣閥5和第四電控空氣閥6，關閉第一電控空氣閥3、第二電控空氣閥4及保持第五電控空氣閥7關閉，開啟發熱體10，並保持風機2正向運轉。空氣被發熱體10加熱，加熱後的空氣經過吸附材料，促進高效可再生VOCs及甲醛吸附材料9中所吸附的VOCs及甲醛的脫附。與此同時，控制處理器單元13通過第一溫度傳感器12對艙內空氣溫度進行持續監測，控制發熱體10加熱，維持艙內空氣溫度在60±5℃。待脫附運行過程運行時間達到120min時，轉入排汙運行過程，對電控空氣閥開/關轉換及關閉發熱體10，否則繼續運行脫附運行過程，直到人工切換模式或關閉空氣淨化器。

排汙運行過程，控制處理器單元13通過控制信號首先關閉發熱體10，開啟第二電控空氣閥4和第五電控空氣閥7及保持第三電控空氣閥5開啟，關閉第四電控空氣閥6及保持第一電控空氣閥3關閉，並保持風機2正向運轉，待排汙運行過程中風機2正向運轉時間達到10min時，控制處理器單元13再通過控制信號開啟第一電控空氣閥3和第四電控空氣閥6及保持第五電控空氣閥7開啟，關閉第二電控空氣閥4及第三電控空氣閥5，並改變風機2運轉方向，控制風機2反向運轉；艙內空氣與室外大氣構成迴路，將艙內汙染物濃度高的空氣排入室外大氣，在風機2反向運轉時同時將粗效過濾器8上吸附的灰塵也排入室外大氣；待排汙運行過程中風機2反向運轉時間達到10min時，控制處理器單元13通過第一溫度傳感器12對艙內空氣溫度進行持續監測，通過第二溫度傳感器16對室內空氣溫度進行持續監測，待艙內溫度與室內溫度差值的絕對值≤1℃時重新回到淨化運行過程，否則繼續運行排汙運行過程，直到人工切換模式或關閉空氣淨化器。

選擇新風模式時運行過程如下：

控制處理器單元13通過控制信號開啟第一電控空氣閥3和第四電控空氣閥6及第五電控空氣閥7，關閉第二電控空氣閥4及第三電控空氣閥5，開啟風機2正向運轉，此時室外新風經空氣淨化模塊淨化引入室內，有效提升室內空氣品質，在新風運行過程中，控制處理器單元13同樣通過VOCs傳感器11對出口空氣中VOCs濃度進行持續監測，並送顯示器顯示新風淨化質量；待新風模式運行累計時間達到300h時，控制處理器單元13通過控制信號改變風機2運轉方向，控制風機2反向運轉，將粗效過濾器8上吸附的灰塵排入室外大氣；待風機2反向運轉時間達到10min時，控制處理器單元13通過控制信號改變風機2運轉方向，控制風機2正向運轉，再次回到將室外空氣經空氣淨化模塊淨化引入室內；新風模式運行過程直到人工切換模式或關閉空氣淨化器。