一種高容塵量高效率的復合靜電空氣凈化裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高容塵量高效率的復合靜電空氣凈化裝置,依次包括：初效過濾網(wǎng)、碳刷荷電區(qū)、靜電除塵區(qū)、空氣過濾器、灰斗，空氣過濾器兩端裝有壓差傳感器，灰斗中設有物位傳感器。本實用新型的復合靜電空氣凈化裝置靜電除塵區(qū)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(jié)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污染物氣體，細菌病毒的二次污染；四是濾料區(qū)域過濾效率對于風量變化不敏感，適當?shù)脑黾语L量對于系統(tǒng)整體除塵效率影響有限，此凈化系統(tǒng)適合于變風量的建筑。
【專利說明】一種高容塵量高效率的復合靜電空氣凈化裝置
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型屬于空氣調(diào)節(jié)【技術(shù)領域】，特別涉及一種高效，節(jié)能，經(jīng)濟，環(huán)保的空氣過濾凈化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]建筑環(huán)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(diào)系統(tǒng)當中常用的凈化手段是濾料過濾，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，包括濾料顆粒層污染，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；此顆粒層會污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(tài)污染物的含量會增加。有學者通過實驗驗證了臟過濾器對于干凈空氣的污染作用，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。由于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(tǒng)風量的大幅度減少；濾料過濾器的費用較高，對于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，很多建筑運行機構(gòu)不按照設計規(guī)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(nèi)空氣品質(zhì)變差。針對濾料過濾器的以上不足，一些建筑(尤其是污染嚴重的工業(yè)建筑)采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幾率同濾料過濾器相比較小很多，若集塵板清洗得當污染會更小。但靜電除塵器在建筑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，二是對于亞微米顆粒其效率難以達到90%以上。針對于兩種空氣凈化技術(shù)各自的優(yōu)缺點，不少學者致力于靜電-濾料復合式空氣凈化系統(tǒng)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復合式系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以大幅度提高亞微米顆粒的凈化效率)；[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復合過濾裝置對于生物氣溶膠顆粒的凈化效率，相對于無靜電過濾裝置此系統(tǒng)效率可以提高4到5倍)。復合式系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)方式揚長避短，有如下優(yōu)點。靜電區(qū)域過濾大顆粒，高效濾料區(qū)域過濾小顆粒，系統(tǒng)整體壓降增長速率比單一濾料過濾器要小；靜電區(qū)域使顆粒帶電，提高濾料的過濾效率；由于靜電區(qū)域的存在濾料表面的顆粒物沉積量減小，污染新鮮空氣的可能性降低；在保證效率的前提下，系統(tǒng)壓降減少且過濾器更換周期變長，技術(shù)經(jīng)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，其有利于人體健康。目前市場上常見的復合式靜電除塵器有一些不足導致其應用性受到了限制。很多的復合式靜電除塵器中電場區(qū)域采用針尖-極板結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)對于工業(yè)廠房中高濃度大粒徑的粉塵過濾效率高。但是在民用建筑中，粉塵濃度低且顆粒的粒徑小，故普通的針尖-極板式復合靜電除塵器靜電區(qū)域效率低，直接導致后面的濾料表面粉塵沉積量過大，總體優(yōu)勢不明顯。因此，必須改進電區(qū)結(jié)構(gòu)以保證靜電除塵區(qū)域的效率。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的是提供一種高容塵量高效率的復合靜電空氣凈化裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中靜電除塵器靜電區(qū)域效率低、運行過程能耗高，投資成本大、復合除塵系統(tǒng)使用壽命低的問題。
[0004]本實用新型是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]一種高容塵量高效率的復合靜電空氣凈化裝置，依次包括:初效過濾網(wǎng)、碳刷荷電區(qū)、靜電除塵區(qū)、空氣過濾器、灰斗，空氣過濾器兩端裝有壓差傳感器，灰斗中設有物位傳感器。
[0006]靜電除塵區(qū)有多個金屬方格構(gòu)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(gòu)成接地電極，圓柱放電極構(gòu)成放電電極。所述金屬方格的邊長數(shù)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(qū)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(qū)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，由于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(jié)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污染物氣體，細菌病毒的二次污染；四是濾料區(qū)域過濾效率對于風量變化不敏感，適當?shù)脑黾语L量對于系統(tǒng)整體除塵效率影響有限，此凈化系統(tǒng)適合于變風量的建筑。
[0010]用戶可以根據(jù)自身要求選擇高效過濾器或中效過濾器，在保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的基礎上最大降低運行成本。
[0011]本專利采用金屬方格的結(jié)構(gòu)以擴大金屬收塵面積。此結(jié)構(gòu)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(tài)，保證系統(tǒng)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復合靜電空氣凈化裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為平板狀金屬方格集塵板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為褶皺板狀金屬方格集塵板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]其中，1:初效過濾網(wǎng)；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:灰斗；11:接地裝置?！揪唧w實施方式】
[0017]下面結(jié)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(jīng)以下裝置，顆粒物，氣態(tài)污染物等得到去除:初效過濾網(wǎng)I ;碳刷電極2和接地金屬板3組成碳刷荷電區(qū)；金屬方格集塵板5和圓柱放電極4構(gòu)成的靜電除塵區(qū)；空氣過濾器6 ;壓差傳感器7 ;物位傳感器9 ;灰斗10。
[0019]被污染的空氣經(jīng)過初效過濾網(wǎng)I得到初步凈化(例如毛發(fā)，昆蟲等);進入碳刷荷電區(qū)2后大部分的顆粒物被荷電；靜電除塵區(qū)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?？梢栽陟o電除塵區(qū)內(nèi)補充荷電量；空氣過濾器6繼續(xù)捕捉細小顆粒，灰斗10收集并排除靜電區(qū)域積累的顆粒物。
[0020]靜電除塵區(qū)有若干個金屬方格構(gòu)成，金屬方格中央安裝有圓柱放電極。金屬方格壁面構(gòu)成接地電極，圓柱放電極構(gòu)成放電電極。在同一個管道中，金屬方格的個數(shù)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(tǒng)除塵效率降低。對于顆粒濃度較高的場合，可以采用褶皺式金屬板制作金屬方格。褶皺板狀可以增加收塵面積，提高運行效率和時間。
[0021]高效過濾器對于0.2um粒徑的荷電顆粒其過濾效率在99.9%以上；中效過濾器對于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(jù)具體需要選擇過濾器類型。但荷電的中效濾料對于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采集數(shù)據(jù)，監(jiān)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(nèi)達到額定值，說明靜電除塵區(qū)域效果不理想，應改造?；叶?0中物位傳感器9監(jiān)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(wǎng)1，其作用是去除空氣中較大的污染物質(zhì)并保護后面的過濾凈化裝置(比如毛發(fā)和昆蟲等)。在初效過濾網(wǎng)I的下游是碳刷電極2和接地金屬板3組成的碳刷荷電區(qū)，其主要作用是使得來流大多數(shù)顆粒荷電以提高靜電過濾區(qū)的除塵效率。靜電過濾區(qū)由圓柱電極4和金屬方格5組成，其作用是捕捉荷電顆粒并使得低荷電量的顆粒繼續(xù)荷電。金屬方格個數(shù)，圓柱電極尺寸以及集塵板面積影響除塵效率和荷電程度?？紤]到普通放電極的幾何結(jié)構(gòu)(直徑0.2-1_)，為保證系統(tǒng)的放電特性金屬方格的邊長數(shù)值一般為50-100mm。空氣過濾器6的作用是過濾較小粒徑顆粒，并且可以采用高效過濾器或中效過濾器。高效過濾器適用于空氣質(zhì)量要求較高的場所(如高檔住宅和手術(shù)室等)，中效過濾器適用于空氣質(zhì)量要求較低的場所(如普通住宅和工業(yè)廠房等)?？諝膺^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:被污染的空氣在HVAC系統(tǒng)中動力設備的作用下，依次通過各個過濾凈化設備，再釋放到室內(nèi)空間中創(chuàng)造新的環(huán)境?？諝馐紫韧ㄟ^初效過濾網(wǎng)1，過濾較大的顆粒物以及污染物(如昆蟲和毛發(fā)等)并保護后續(xù)的空氣凈化裝置。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(qū)，在常溫常壓的條件下，高壓碳刷電極放電產(chǎn)生大量的高能電子，高能電子沖擊空氣產(chǎn)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(xiàn)靜電過濾作用，其余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(qū)。靜電除塵區(qū)內(nèi)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(fā)生反應產(chǎn)生無害物質(zhì)。
[0025]被碳刷電極處理過的空氣進入顆粒物過濾主體區(qū)域，空氣首先流經(jīng)靜電除塵區(qū)域，再流過濾料過濾器。用戶可以根據(jù)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(qū)由圓柱電極4和金屬方格5構(gòu)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(jié)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，細菌病毒的二次污染；四是荷電作用，在碳刷荷電區(qū)荷電量較低的細小顆粒在靜電除塵區(qū)可以繼續(xù)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(jié)構(gòu)形式(如褶皺密度，褶皺深度等)以及圓柱電極4和金屬網(wǎng)格5的具體參數(shù)(如圓柱直徑和長度，金屬網(wǎng)格數(shù)，金屬網(wǎng)格集塵面積等)需根據(jù)實際的現(xiàn)場條件和工況來確定，數(shù)值仿真技術(shù)(如CFD)是提供設計依據(jù)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(qū)制作成一體化裝置。
[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(tǒng)。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(nèi)達到較大數(shù)值，說明前置的靜電系統(tǒng)對于目前的污染空氣作用較差，應重新設計和改造靜電系統(tǒng)。顆粒物過濾模塊下方設置有灰斗以去除灰塵，此過濾系統(tǒng)在風道中安裝故灰斗體積不能太大，因此易產(chǎn)生揚塵?；叶吩O有物位傳感器以檢測灰斗集塵量，以防止灰斗中集塵量過多而產(chǎn)生的二次揚塵。
[0028]盡管此系統(tǒng)的主要作用是去除顆粒物，但其具有去除氣態(tài)污染物的能力。首先，高壓電極放電產(chǎn)生高壓電場，在電場和高速電子沖擊下氣態(tài)污染物以及病毒細菌的結(jié)構(gòu)會被破壞；其次，大量的顆粒物被去除，氣態(tài)污染物以及病毒細菌失去了賴以依靠的載體，其威脅人類健康的幾率大大降低；第三，此系統(tǒng)對于氣態(tài)污染物以及病毒細菌的初級凈化有利于提高后續(xù)專業(yè)裝置(如光觸媒和紫外線凈化，活性炭吸附)效率的提高。但是，高壓放電區(qū)域會產(chǎn)生臭氧。帶有顆粒層的玻纖或化纖過濾器對于臭氧有較高的去除效率(可達到40%)，對于臭氧濃度要求較高的場合可以在顆粒過濾器后部安裝有活性炭吸附過濾器。
[0029]空氣經(jīng)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(jù)室內(nèi)空間顆粒物的性質(zhì)以及室內(nèi)空間使用要求選擇不同的過濾器類型(如對空氣品質(zhì)要求高，則選用HEPA，但造價也高；對空氣品質(zhì)要求一般，則選用普通中效過濾器，但造價有所降低)。
[0030]盡管上面結(jié)合附圖對本實用新型進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的【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，對于本領域的普通技術(shù)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范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高容塵量高效率的復合靜電空氣凈化裝置，其特征在于，依次包括:初效過濾網(wǎng)、碳刷荷電區(qū)、靜電除塵區(qū)、空氣過濾器、灰斗，空氣過濾器兩端裝有壓差傳感器，灰斗中設有物位傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高容塵量高效率的復合靜電空氣凈化裝置，其特征在于，靜電除塵區(qū)有多個金屬方格構(gòu)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(gòu)成接地電極，圓柱放電極構(gòu)成放電電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高容塵量高效率的復合靜電空氣凈化裝置，其特征在于，所述金屬方格的邊長數(shù)值為50-100mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述高容塵量高效率的復合靜電空氣凈化裝置，其特征在于，所述金屬方格集塵板為平板狀或褶皺板狀金屬板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高容塵量高效率的復合靜電空氣凈化裝置，其特征在于，所述空氣過濾器為高效過濾器或中效過濾器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述高容塵量高效率的復合靜電空氣凈化裝置，其特征在于，所述碳刷荷電區(qū)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(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】龍正偉, 馮壯波, 任生雄 申請人:天津大學