納米團(tuán)簇-等離子體霧霾微塵脫除方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出一種用過飽和水蒸氣以空氣中霧霾微塵為凝結(jié)核形成納米團(tuán)簇，經(jīng)過等離子體場(chǎng)團(tuán)簇荷電脫除的霧霾微塵脫除技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，隨著燃油燃煤等工業(yè)發(fā)展、車輛增多等等因素，霧霾天氣逐漸增多。霧霾天氣對(duì)呼吸系統(tǒng)有較大的影響。霧霾微塵中有害健康的主要是直徑小于10微米的氣溶膠粒子，尤其是我們通常提到的PM2.5顆粒，會(huì)分別沉積于上、下呼吸道和肺泡中，引起急性鼻炎和急性支氣管炎等病癥，對(duì)于支氣管哮喘、慢性支氣管炎、阻塞性肺氣腫等慢性呼吸系統(tǒng)疾病患者，霧霾可使病情急性發(fā)作或急性加重。一項(xiàng)來自美國(guó)、韓國(guó)和巴西等9個(gè)國(guó)家和地區(qū)的14個(gè)研宄中心所提供的300萬名新生嬰兒的數(shù)據(jù)指出，隨著可吸入顆粒物的水平增加，嬰兒低出生比重的幾率增加10%。霧霾已經(jīng)嚴(yán)重影響人們的生活環(huán)境，影響了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
[0003]常見的空氣凈化器技術(shù)在顆粒微塵脫除方面，主要為兩種技術(shù)路線，其一使用HEPA高效濾芯對(duì)氣體進(jìn)行過濾；其二采用靜電集塵技術(shù)，使微塵在靜電場(chǎng)中荷電，并在電場(chǎng)中偏移從而被收集。
[0004]目前僅使用濾網(wǎng)的空氣凈化器包括:飛利浦AC4076、松下F-PDF35C-G、夏普KC-2380SW、霍尼韋爾PAC35M、三個(gè)爸爸系列等。HEPA濾網(wǎng)是目前較為成熟的技術(shù)，對(duì)微塵顆粒的過濾效果較好。其主要問題在于由于微塵顆粒在HEPA濾網(wǎng)上堆積，會(huì)導(dǎo)致濾網(wǎng)透氣阻力增加，使空氣凈化器空氣處理量迅速下降，同時(shí)堆積的灰塵會(huì)滋生細(xì)菌，產(chǎn)生異味。根據(jù)使用者提供的數(shù)據(jù)，2013年在北京使用一臺(tái)HEPA濾網(wǎng)空氣凈化器，三個(gè)月時(shí)間濾網(wǎng)上灰塵顆粒已經(jīng)飽和，并且產(chǎn)生類似汽車尾氣的味道。盡管多數(shù)凈化器廠商宣稱其濾網(wǎng)可以使用兩年時(shí)間，但事實(shí)上在霧霾嚴(yán)重的時(shí)候，高效濾網(wǎng)的使用壽命僅為兩三個(gè)月。頻繁更換濾網(wǎng)明顯增加空氣凈化器使用成本，同時(shí)濾網(wǎng)上灰塵堆積不能及時(shí)清除，也會(huì)對(duì)室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。
[0005]僅使用靜電集塵技術(shù)的空氣凈化器具有代表性的是貝昂空氣凈化器，該廠商所生產(chǎn)的空氣凈化器使用介質(zhì)阻擋放電原理，通過高頻高壓電極產(chǎn)生等離子體場(chǎng)，微塵在等離子體場(chǎng)中荷電，并被收集極吸附，可以通過水清洗收集極洗去微塵。但是該方案中存在的主要問題為，一、大規(guī)?？諝獾入x子體場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生臭氧，臭氧本身可以用于水凈化、除臭、消毒等方面，但是濃度較高時(shí)，人會(huì)有不適感，通常認(rèn)為當(dāng)人可以嗅到臭氧氣味時(shí)，臭氧濃度已經(jīng)過高。臭氧是空氣等離子體過程中不可避免的產(chǎn)物，貝昂空氣凈化器的用戶經(jīng)常反應(yīng)有臭氧氣味產(chǎn)生；二、微塵顆粒過小時(shí)，不能高效吸附負(fù)電荷，因此對(duì)于較大顆粒該方法可以有效去除，但是顆粒較小時(shí)，如PM2.5微塵去除效率往往不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有的空氣凈化器脫除顆粒物技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提出一種用過飽和水蒸氣以空氣中霧霾微塵為凝結(jié)核形成納米團(tuán)簇，經(jīng)過等離子體場(chǎng)團(tuán)簇荷電脫除的霧霾微塵脫除技術(shù)。利用本方法和裝置，使水蒸氣分子主動(dòng)捕捉空氣中的微塵顆粒形成納米團(tuán)簇，高效脫除微塵顆粒，同時(shí)納米水團(tuán)簇吸收等離子體場(chǎng)中的臭氧等氣體廢棄物。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:納米團(tuán)簇-等離子體霧霾微塵脫除方法，采用縮放噴管和靜電集塵法結(jié)合，使過熱水蒸氣和含霧霾微塵顆粒的氣體組成的混合氣體通過縮放噴管進(jìn)行等熵膨脹達(dá)到過飽和狀態(tài)，水分子主動(dòng)以霧霾微塵顆粒為凝結(jié)核心，在顆粒表面凝結(jié)形成納米團(tuán)簇，經(jīng)過等離子體場(chǎng)團(tuán)簇荷電脫除霧霾微塵顆粒。
[0008]所述的納米團(tuán)簇-等離子體霧霾微塵脫除方法，具體步驟為:
[0009]第一步，含霧霾微塵顆粒的氣體和飽和水進(jìn)入加熱器加熱，使加熱器出口處水蒸氣達(dá)到當(dāng)?shù)販囟鹊倪^熱蒸汽狀態(tài)；
[0010]第二步，過熱水蒸氣和含霧霾微塵顆粒的氣體組成的混合氣體進(jìn)入縮放噴管做近似等熵膨脹，在縮放噴管中膨脹使混合氣體溫度和壓力迅速下降，壓力降至0.09MPa以下，使水蒸氣達(dá)到過飽和狀態(tài)；
[0011]第三步，混合氣體在膨脹管中進(jìn)一步膨脹，使水蒸氣保持過飽和狀態(tài)，此時(shí)水蒸氣分子以微塵顆粒為凝結(jié)核心，形成納米團(tuán)簇，形成納米團(tuán)簇；
[0012]第四步，含有納米團(tuán)簇的氣體通過等離子體發(fā)生管中荷電偏轉(zhuǎn)，同時(shí)溶解吸收等離子體放電產(chǎn)生的氣體污染物，通過污水收集極收集排出；
[0013]第五步，通過等離子體發(fā)生管后的氣體進(jìn)入冷凝器，將氣體中多余的水蒸氣凝結(jié)成液態(tài)水回收或排出，并調(diào)節(jié)空氣中的濕度。
[0014]水蒸氣通量和氣體通量的質(zhì)量比為1%?5%。
[0015]應(yīng)用于所述的納米團(tuán)簇-等離子體霧霾微塵脫除方法方法中的裝置，所述的裝置由加熱器、縮放噴管、膨脹管、等離子體發(fā)生器和冷凝器串聯(lián)組成，所述的等離子體發(fā)生器主體為等離子體發(fā)生管，等離子發(fā)生管的上面設(shè)有電極，下面設(shè)有污水收集極。
[0016]所述的縮放噴管入口和喉部面積比大于5:1，喉部和出口面積比為1:1.2?2。
[0017]所述的加熱器包括PTC加熱器、電加熱器、燃?xì)鉄崴髦械娜我环N。
[0018]所述的加熱器、縮放噴管、膨脹管、等離子體發(fā)生管和冷凝器通過金屬管或石英玻璃管連接并密封。
[0019]所述的冷凝器為水冷或者半導(dǎo)體制冷冷凝器。
[0020]所述的膨脹管為方形管道，通道截面積略大于縮放噴管出口截面積但是要小于出口截面積的2倍
[0021]有益效果:1、顆粒脫除效率極高。本發(fā)明提出的形成霧霾微塵納米水團(tuán)簇技術(shù)是主動(dòng)捕捉微塵技術(shù)，該方法中顆粒直徑越小，越容易形成團(tuán)簇，其脫除效果越好，脫除效率極高。
[0022]3、空氣凈化量大。本發(fā)明中提出的核心技術(shù)中沒有濾網(wǎng)帶來氣體阻力，同時(shí)該發(fā)明中噴管內(nèi)蒸氣速度要達(dá)到超音速，該速度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前現(xiàn)有的所有空氣凈化器中氣體流速，因此氣體凈化量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同類產(chǎn)品，換言之，該方法非常適合大規(guī)?？諝鈨艋枨蟆?br>[0023]4、能耗低。本發(fā)明提出的水蒸氣膨脹達(dá)到過飽和狀態(tài)后，主動(dòng)以霾微塵形為凝結(jié)核心形成團(tuán)簇，該過程不額外耗能。捕捉時(shí)水分子利用率極高，僅需數(shù)個(gè)水分子就可以脫除一個(gè)微塵顆粒。因此該產(chǎn)品在脫除微塵原理上耗能非常小。
[0024]5、不需要額外耗材，不產(chǎn)生二次污染。本發(fā)明采用主動(dòng)捕捉微塵顆粒方法，可以大幅提高微小顆粒的脫除效率。系統(tǒng)中沒有采用HEPA濾網(wǎng)和活性炭，因此避免了更換濾網(wǎng)帶來的額外費(fèi)用，同時(shí)避免了濾網(wǎng)上微塵堆積產(chǎn)生二次污染的現(xiàn)象。直接使用納米水團(tuán)簇將等離子體產(chǎn)生的有害物質(zhì)溶解脫除，避免了僅用等離子體帶來的氣體污染。
[0025]綜上所述，本發(fā)明提出的納米水團(tuán)簇一等離子體霧霾微塵顆粒脫除方法具有極高脫除效率、具有明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的治理方法。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖。其中I為加熱器、2為縮放噴管、3為膨脹管、4為等離子體發(fā)生器、5為冷凝器，4-1為電極，4-2為污水收集極。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合圖1，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明:
[0028]本發(fā)明首次提出了利用縮放噴管和等離子體靜電集塵技術(shù)結(jié)合的霧霾微塵脫除方法。眾所周知，縮放噴管通常用于汽輪機(jī)葉片、火箭及飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等啟動(dòng)領(lǐng)域，而本發(fā)明創(chuàng)造性的將其應(yīng)用于霧霾微塵脫除技術(shù)。本發(fā)明利用過熱蒸汽通過縮放噴管會(huì)以顆粒物為凝結(jié)核心形成納米團(tuán)簇的性質(zhì)，通過實(shí)驗(yàn)和理論分析，設(shè)計(jì)合理的噴管結(jié)構(gòu)，和等離子體靜電集塵技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)霧霾微塵脫除。
[0029]一種用過飽和水蒸氣以空氣中霧霾微塵為凝結(jié)核形成納米團(tuán)簇，經(jīng)過等離子體場(chǎng)團(tuán)簇荷電脫除的霧霾微塵脫除技術(shù)，步驟為:第一步，含霧霾微塵顆粒的氣體和飽和水進(jìn)入加熱器加熱