CN105128631B - 一种用于汽车进气管道的多层空气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽车进气管道的多层空气净化装置，包括管道主体(10)、安装垫片(11)、与管道主体(10)一端相连的进风板(9)，还包括位于管道主体(10)内部的多层过滤装置，所述多层过滤装置分别包括：纱网模块(1)、颗粒物过滤模块(2)、热回收蓄能过滤模块(3)、气体异味清除模块(4)、光媒激消毒杀菌模块(6)、分别位于光媒激消毒杀菌模块(6)两侧的合成纤维滤芯模块(5)、活性纳米负离子发生模块(7)以及通风口控制板(8)，该装置可以用于汽车进气管道中或者车辆进气口处，用于净化进入车内空气，该装置可以在室外PM2.5或PM10峰值超标情况的环境下使进入车内空气通过净化达标。

Description

一种用于汽车进气管道的多层空气净化装置

技术领域

本发明公开了一种用于汽车进气管道的多层空气净化装置，该装置可以用于汽车进气管道中或者车辆进气口处，用于净化进入车内空气，该装置可以在室外PM2.5或PM10峰值超标情况的环境下使进入车内空气通过净化达标。

背景技术

随着环境污染的加剧，各个城市雾霾天气已经成了一种普遍现象，雾霾天气是心血管疾病患者的“危险天”，尤其是有呼吸道疾病和心血管疾病的老人，容易诱发病情，甚至心脏病发作，引起生命危险。PM2.5即细颗粒物，细颗粒物又称细粒、细颗粒。PM2.5粒径小，表面积大，活性强，易附带有毒、有害物质(例如，重金属、微生物等)，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。现在室内去除PM2.5的装置很多，但是室外用于净化空气中PM2.5的装置几乎没有，大型城市汽车成为人们日常出行的工具，由于汽车行动暴露于污染环境中，现有的汽车空调系统大多不具备空气净化功能，这将不利于人们的身心健康。目前，室内空气净化的方法目前国内外主要采用单纯机械吸附式、静电式、化学(或物理)吸附式、负离子式及光催化式等，由于单纯的机械吸附和静电除尘对于空气净化的效果有限，主要是用于去除悬浮的颗粒物，对于有机污染的净化程度不高，因此已经逐渐被淘汰。但这些装置不能应用到从车外流入到车内空气的净化，特别是空气净化装置已经完善的情况下不利于将其安装到汽车上使用，而且一般情况下使用能耗较高，不利于大规模推广使用。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种用于汽车进气管道的多层空气净化装置，新鲜空气从室外通过空调系统或吹风系统经过本申请的空气净化装置处理后直接进入车内，而且该多层过滤采用独特材料技术实现，安装方便可拆卸，这样就避免了空气在管道内受到有害物质和细菌污染和通风管道难以清理的缺点。同时容易想到的是，本申请的多层空气净化装置由于体积较小，方便可拆卸，也可安装到大型写字楼或住宅的中央空调的输送管道中或者直接安装到通风口处。

解决上述技术问题采取的技术构思为，本申请的空气净化装置主要包括多个过滤层，具体为：一种用于汽车进气管道的多层空气净化装置，包括管道主体、安装垫片、与管道主体一端相连的进风板，还包括位于管道主体内部的多层过滤装置，所述多层过滤装置分别包括：纱网模块、颗粒物过滤模块、热回收蓄能过滤模块、气体异味清除模块、光媒激消毒杀菌模块、分别位于光媒激消毒杀菌模块两侧的合成纤维滤芯模块、活性纳米负离子发生模块以及通风口控制板；其中，所述颗粒物过滤模块采用40-50重量％的改性聚丙烯、采用30-40重量％的丙烯酸纤维、采用5-10重量％的聚酰胺纤维独立成纤；所述热回收蓄能过滤模块的核心材质是蓄热纤维体和气凝胶绝热颗粒，包括在圆柱形薄壁PVC管内的80％的部分充满丙纶短纤维体以及20％部分充满气凝胶绝热颗粒；所述气体异味清除模块由5mm厚的活性炭纤维和10mm厚的纳米活性炭纤维(直径为40nm～60nm)组成；所述光媒激消毒杀菌模块主要由圆柱形光媒激发仓以及仓体上下两端的抗菌合成纤维网滤芯组成；所述活性纳米负离子发生模块是由粒径只有10纳米以下的通过天然材料经纳米包覆技术加工而成的MRT高活性天然纳米负离子粉体组成。

根据本发明的另一个方面，所述圆柱形光媒激发仓采用PVC或金属材料制成，所述圆柱形光媒激发仓的内壁喷涂有光媒激发的纳米二氧化钛，完成喷涂的圆柱形光媒激发仓内壁需进行干燥处理；将圆柱形光媒激发仓水平放置，其底部设有一平面，在该平面上及仓中间三分之一和三分之二的位置分别设置有直径3mm的两个小孔，在所述小孔中分别插入紫外光LED，引线及热敏电阻放在底部平面与圆柱形光媒激发仓形成的弧形空间内，电源线引至圆柱形光媒激发仓边部接口处，在圆柱形光媒激发仓的两端设置有抗菌合成纤维网。

采用本发明的技术方案后可得到技术效果为，在外部环境的PM2.5峰值超标的环境下，该装置结构简单，多层净化手段集成，使得进入室内或车内的空气进行多层次多手段的充分净化处理，取得良好的空气净化技术效果。

附图说明

现在将描述如本发明的优选但非限制性的实施例，本发明的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中：

图1是本发明所述多层空气净化装置的结构示意图。

图2是本发明所述多层空气净化装置的多层过滤层截面图

图3是本发明所述多层空气净化装置的安装示意图。

具体实施方式

以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

如图1-2所示，本申请的多层空气净化装置包括管道主体10、安装垫片11、与管道主体10一端相连的进风板9，还包括位于管道主体10内部的多层过滤装置，所述多层过滤装置分别包括：纱网模块1、颗粒物过滤模块2、热回收蓄能过滤模块3、气体异味清除模块4、光媒激消毒杀菌模块6、分别位于光媒激消毒杀菌模块6两侧的合成纤维滤芯模块5、活性纳米负离子发生模块7以及通风口控制板8。上述各个功能模块从外至内依次安装后其内侧设有通风口控制板8，并且上述模块均安装在管道主体10内，然后通过安装垫片11固定；

其中，所述颗粒物过滤模块2采用40-50重量％的改性聚丙烯、采用30-40重量％的丙烯酸纤维、采用5-10重量％的聚酰胺纤维独立成纤；所述热回收蓄能过滤模块3的核心材质是蓄热纤维体和气凝胶绝热颗粒，包括在圆柱形薄壁PVC管内的80％的部分充满丙纶短纤维体以及20％部分充满气凝胶绝热颗粒；所述气体异味清除模块4由5mm厚的活性炭纤维4-1和10mm厚的纳米活性炭纤维4-2(直径为40nm～60nm)组成；所述光媒激消毒杀菌模块6主要由圆柱形光媒激发仓以及仓体上下两端的抗菌合成纤维网滤芯组成；所述活性纳米负离子发生模块7是由粒径只有10纳米以下的通过天然材料经纳米包覆技术加工而成的MRT高活性天然纳米负离子粉体组成。

这些主要模块通过外圈的外凸结构，通过与管道主体10内壁的凹槽对接，外凸结构与凹槽结构吻合后，将模块推入管道内进行安装固定。进风板9的固定，是通过将其四周的四个外凸部分，插入管道主体10上的四个预留孔，初步固定后，用螺栓穿过进风板上的四个圆柱孔将进风板固定在车辆进气部件或建筑物墙体上(见图3)。所有主要模块安装完毕后，使用安装垫片11与管道主体10拧紧，使得进风系统牢固的固定于墙体上。

外部空气进入车内或室内之前，首先由进风板9和纱网模块1构建的第一道屏障将小型昆虫、树叶、碎屑等大的颗粒物等拒之在进风口外，然后依次通过各个上述模块，在安装到汽车上时容易想到的是，进风板9和纱网模块1也可拆卸下舍去。下面对各个功能模块作进一步的介绍。

尘埃颗粒物过滤模块内采用60重量％的改性聚丙烯、采用30重量％的丙烯酸纤维、采用10重量％的聚酰胺纤维独立成纤。成纤方法采用静电纺丝成纤、静电纺丝是利用高压静电场作用于聚合物熔体，射流在电场中通过不同阶段的拉伸逐渐细化成纳米纤维，采用静电纺丝技术纺制的纳米纤维直径范围在20～1000nm之间，具有三维杂乱网状结构、高的比表面积和孔隙率、良好的柔软性和防水透湿性。

热回收蓄能模块中，所述气凝胶绝热颗粒为疏水性、其具体参数为粒径0.3-3(mm)、密度40-200(kg/m3)、气孔率90-98(％)、孔容积2.8-3.4(cm2/g)。以气凝胶绝热颗粒为主要材料的透气限温颗粒常温下导热系数可低至0.013W/(m.k)，具有无可比拟的隔热、隔冷、隔音、蓄能效果、使得从室外进入的新风更接近室内环境温度、从而实现高效节能环保。透气限温颗粒的高比表面积，可高达1000m²/g，孔隙率可达99.8％。其特有的纳米三维网状结构中纳米大小的气孔可以像海绵一样收集各种污染物和过滤有害气体和颗粒物。

所述蓄热纤维束体可以最大限度的自行与流经的空气进行热交换。上述的蓄能丙纶短纤维具有的参数为：长度＞40mm，焓值＞30J/g，细度＞2D。材质比表面积远高于传统热交换介质，蓄放热效率达到95％，交换充分，可调节温度差2-10℃。具有极高的冷热能量吸收存储和释放性能，解决在使用新风设备时所带来的能量损耗弊端。完全能够解决普通热交换系统必须安装管道和需要动力驱动而产生大量的能耗以及震动、噪音和占用室内空间、民用住宅因层高低、无法安装通风管道的问题。冬季室内温度远远高于室外温度，这时进行换新风，限温式热回收蓄能模块中的气凝胶部分，起到保温隔热的作用，使得室内热量不向外流失，同时智能储能纤维吸收储存的室内热量，会不断给进入室内低温新风加热，提高进入室内的新风温度，节约能源。而相反，烈日炎炎的夏季，限温式热回收蓄能模块中的气凝胶部分将室外热量隔绝在外，蓄热纤维束体会吸收进入室内的空气热量，降低进风温度。该热回收蓄能模块可主动智能地无任何能源消耗的调节流过空气的温度2-10℃，具有双向温度调节和适应性、真正做到低碳环保。

所述气体异味清除模块具体是将活性炭纤维滤芯在外、纳米高含氮活性炭纤维滤芯在内、两片滤芯贴合组成有害气体及异味清除模块。所述纳米高含氮活性炭纤维有着高效清除空气中硫化物以及其他有害气体的作用，该模块是采用市售有机纤维(例如：粘胶纤维、沥青纤维、聚丙烯腈纤维等)经碳化、高温催化等特殊工艺制作而成的高效纤维状吸附材料，其含有高度发达的微孔结构，具有比表面积大、对于有害气体、异味吸脱附容量高、吸脱附速度快、净化效果好、风阻低的特点，其性能远优于活性炭的各种高效活性吸附材料和环保工程材料，其超过55％的碳原子位于内外表面，构筑成独特的吸附结构，其发达的比表面积和窄小的孔径分布使得它具有较快的吸附脱附速度和较大的吸附容量，与目前常用的活性炭相比其含碳量高、比表面积大、微孔丰富，孔径小且分布窄，具有较大的吸附量和较快的吸附速度，吸附量比粒状活性炭大十几倍甚至几十倍，能够有效吸附微小和超微细的悬浮颗粒、粉尘，除去异味。同时高含氮活性炭纤维对于含硫类物质有很强的吸附作用，特别对PM2.5以含硫类物质为主的重度污染物能够有效地滤除。

光媒激发仓式多重消毒杀菌模块的所述抗菌合成纤维网滤芯制备方法一、将重量比按50％PP、50％PE树脂混合，并在其中加入占上述混合后树脂重量1.4％的无机纳米抗菌溶液，搅拌均匀、干燥后，独立制得抗菌塑料母粒。采用驻极化熔喷(ECMB)、经在TANDEC双组分熔喷生产线上生产，驻极是在适用于厚型和高面密度产品的TANTRET T-II上生产出抗菌合成纤维网。该抗菌合成纤维网厚度为10--60mm。上述无机纳米抗菌溶液是由40％重量份、浓度为38000ppm、平均粒径≤15nm的带自洁功能的纳米银水溶液和55％重量份、纯度≥99.5％、固含量10％、平均粒径≤8nm、能量激活波长≤380nm的锐钛型纳米二氧化钛水性溶液以及5％重量份的AGS-WB3000抗菌净化添加剂混合组成。同时所述抗菌合成纤维网滤芯还可采用方法二来制备：具体是将浓度(重量比)为1.4％无机纳米抗菌溶液稀释100倍在已加工成型的合成纤维网表面直接进行浸泡或喷涂，烘干处理后获得纳米抗菌合成纤维网。同时所述无机纳米抗菌溶液材料是由40％重量份的带自洁功能的纳米银水溶液、其浓度为38000ppm、平均粒径≤5nm和55％重量份的纳米二氧化钛溶液组成，纳米二氧化钛溶液其纯度≥99.5％、固含量10％平均粒径≤5nm、能量激活波长≤380nm以及5％重量份的AGS-WB3000抗菌净化添加剂混合组成。

所述光媒激发仓采用PVC或金属材料制成，其可以是圆柱形独立仓或复合仓，圆柱形仓的大小和形状可以根据需要制作。本实施例采用直径为160mm，长度为180mm的圆柱体仓，圆柱形仓的内壁喷涂有光媒激发的纳米二氧化钛，该喷涂料中的锐钛型纳米二氧化钛油性溶液占重量比2％，乙酸乙酯作为稀释剂占重量比98％，稀释剂还可以用丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、乙醇、异丙醇、醋酸丁酯等，完成喷涂的圆柱形仓内壁经干燥后备用。将圆柱形仓水平放置，其底部设有一平面，在该平面上及仓中间三分之一和三分之二的位置分别钻直径3mm的两个小孔，在所述小孔中插入紫外光LED，引线及热敏电阻放在底部平面与圆柱形光媒激发仓形成的弧形空间内，电源线引至圆柱形仓边部接口处，圆柱形仓的两端放入抗菌合成纤维网即完成光媒激发仓式多重消毒杀菌装置的制作。

所述的锐钛型纳米二氧化钛油性溶液的纯度≥99.5％、平均粒径≤10nm、固含量10％、能量激活波长200至400nm。能量激活光源采用紫外光LED发光二极管、其波长选用220nm、245、280nm、功率100mw、直径5mm的紫外光LED以保证紫外光1秒内杀菌和全面激活纳米二氧化钛光媒快速高效杀菌功能。紫外光LED配以具有恒流特性的正温度系数补偿电路、以保证紫外光LED使用寿命不低于5万小时。

纳米抗菌合成纤维其原理是纳米银离子具有极强的活性、能产生高价的下电荷并持续主动吸引空气中的微菌体、并与菌体上酶蛋白的硫氢基-SH迅速的结合在一起抑制细菌核酸蛋白质的合成、中断细菌的新陈代谢及繁殖的能力、让细菌快速死亡。当微菌体被杀灭后其-SH消失、银离子又会从死去的细菌上游离出来继续吸引空气中的微菌体重复杀菌、直至所有细菌被杀灭完。纳米二氧化钛在光媒作用下，表面会形成电子和空穴，结合空气中的水和氧气，发生氧化还原反应，表面形成强氧化性的氢氧自由基及氧负离子自由基，能分解空气中的有害气体，能破坏细菌的生长和病毒的活性，起到空气净化、杀菌、除臭、防霉等作用；具有无毒、无味、无刺激性、热稳定性、耐热性好、长效、抗菌面广、杀菌作用彻底持久，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢的杀菌率均可达到90％以上。

所述光媒激发仓式多重消毒杀菌模块通过光媒、紫外线、纳米银技术、抗菌杀菌合成纤维网多梯次杀菌，从而形成立体N维空间的杀菌、去毒、清洁模式、实现空气混合杀菌、多重杀菌、叠加杀菌、过滤杀菌。其杀菌功效达到99.99％的理想效果、并具有除臭、除甲醛、除有害气体和自洁功能。

所述活性纳米负离子发生模块是由粒径只有10纳米以下的通过天然材料经纳米包覆技术加工而成的MRT高活性天然纳米负离子粉体组成，该粉体有很强的热敏性和压敏性，比常见的纳米负离子粉体颗粒更小，负离子释放量大。在常温下粉体的负离子释放量为20000-30000个/cm³。制备方法是将重量占PP树脂4％的MRT纳米负离子粉体添加到PP树脂中混合均匀后进行驻极化熔喷(ECMB)、驻极是在适用于厚型和普通面密度产品的TANTRETT-I上生产出纳米负离子聚酯纤维网、用4％的MRT纳米负离子粉体添加到PP树脂中混合均匀后驻极化熔喷(ECMB)成纤的方法加工的纳米负离子聚酯纤维负离子释放量大，添加量小，使用方便。4％的MRT纳米负离子粉体添加PP树脂生产的纳米负离子聚酯纤维、负离子释放量8000-14000个/立方厘米(可以脱附和清洗)。同时也可以将4％(重量比)的MRT纳米负离子粉体分散到96％(重量比)水中，对纳米聚酯纤维网进行浸泡或喷涂、干燥后完成，但其效果稍差(不宜脱附和多次清洗)。本发明高活性天然纳米负离子发生部分产生的负离子释放量大、无故障、无能耗、永久使用、无臭氧产生、安全健康、可以产生近似自然界中打雷闪电、植物的光合作用、瀑布水流撞击等自然现象产生的高品质负离子空气。

纳米负离子其工作原理是纳米负离子粉体中含有电气石晶体，为不规则对称的斜三方晶体，具有热电性和压电性，因此在有温度和压力变化的情况下(即使微小的变化)即能引起成分晶体之间的电势差，产生一个微小的永久电场；当空气中的水分子，进入电气石产生的永久电场空间内(一般为半10-15微米球形)，立即被永久电极电离，发生H2O到OH-(氢氧根离子)+H+(氢离子)的变化，由于H+移动速度很快(H+的移动速度是OH-的1.8倍)，迅速移向永久电极的负极，吸收一个电子，变为H2(氢气)逸散到空中，做2H++2e-到H2的变化；而OH-则与另外的水分子形成H3O2-负离子，释放到空气中。负离子一方面可以调节正、负离子浓度比，另一方面又可起到净化空气的作用，负离子能使空气中微米级以上肉眼看不见的漂尘，通过正负离子吸引、碰撞形成分子团下沉落地，且负离子能使细菌蛋白质两级性颠倒，而使细菌无法生存。同时负离子能有效的消除烟尘，消除空气异味，消除有毒气体，改善环境污染。

为了更好地检测过滤效果，及时进行过滤材料的更换，本发明还包括设置在管道主体10内部的两个气体传感器12和13，该气体传感器集成了PM2.5传感器、异味及有害气体传感器的功能，能够实时监测空气质量，将两者监测数值进行对比分析，从而进行报警预警。该控制过程涉及到的自动检测电路、控制电路、显示电路、报警电路整合组成，其内部的连接关系和组成结构属于目前电子监测领域内的常用技术，在此不赘述。如图1所示，管道主体10内部设在进风分流罩正面、方便观察新风进风质量数据，气体传感器部分12和13设在进风流动路径上、以便准确检测进风质量数据。当进风质量不符合标准时，报警电路开始报警，此时需拿出以上模块进行脱附和清洗或更换新的模块直至空气达标。

如图3所示，当将该多层空气净化装置10应用到建筑墙体15上时，可将管道主体10作为整体通过导轨滑槽机构16直接推进墙壁内安装固定，从而将过滤净化之后的空气通过输送管道14输送到室内。当报警电路发生报警后可直接把管道主体10作为整体拉出，这样清洗更换都十分方便。

由此，本发明的多层空气净化装置能够在PM2.5超标环境下使室内空气达标，其采用模块化设计、其各个部分可以根据需要添加或减少。除本发明公布的功能部分模块外、还可以添加动力进风模块、以增加进风速度或各种不同功能的模块。同时空气净化装置和功能模块可以根据需要做成各种形尺寸、形状和不同组合的功能系统。为了实现更多的应用领域，对于已使用的建筑楼宇可以将本净化装置安装在客厅、卧室、书房、办公室、酒店客房的外墙上进行空气处理后达标。

Claims (2)

1.一种用于汽车进气管道的多层空气净化装置，包括管道主体(10)、安装垫片(11)、与管道主体(10)一端相连的进风板(9)，还包括位于管道主体(10)内部的多层过滤装置，所述多层过滤装置分别包括：纱网模块(1)、颗粒物过滤模块(2)、热回收蓄能过滤模块(3)、气体异味清除模块(4)、光媒激消毒杀菌模块(6)、分别位于光媒激消毒杀菌模块(6)两侧的合成纤维滤芯模块(5)、活性纳米负离子发生模块(7)以及通风口控制板(8)；其中，所述颗粒物过滤模块(2)采用50重量％的改性聚丙烯、采用40重量％的丙烯酸纤维、采用10重量％的聚酰胺纤维独立成纤；所述热回收蓄能过滤模块(3)的核心材质是蓄热纤维体和气凝胶绝热颗粒，包括在圆柱形薄壁PVC管内的80％的部分充满丙纶短纤维体以及20％部分充满气凝胶绝热颗粒；所述气体异味清除模块(4)由5mm厚的活性炭纤维(4-1)和10mm厚的纳米活性炭纤维(4-2)组成；所述光媒激消毒杀菌模块(6)主要由圆柱形光媒激发仓以及仓体上下两端的抗菌合成纤维网滤芯组成，所述抗菌合成纤维网滤芯具体是由将重量比按50％PP、50％PE树脂混合，并在其中加入占上述混合后树脂重量1.4％的无机纳米抗菌溶液，搅拌均匀、干燥后，独立制得的抗菌塑料母粒原料而制成；所述活性纳米负离子发生模块(7)是由粒径只有10纳米以下的通过天然材料经纳米包覆技术加工而成的高活性天然纳米负离子粉体组成；所述光媒激发仓采用PVC或金属材料制成，所述圆柱形光媒激发仓的内壁喷涂有光媒激发的纳米二氧化钛，完成喷涂的圆柱形光媒激发仓内壁需进行干燥处理；将圆柱形光媒激发仓水平放置，其底部设有一平面，在该平面上及仓中间三分之一和三分之二的位置分别设置有直径3mm的两个小孔，在所述小孔中分别插入紫外光LED，引线及热敏电阻放在底部平面与圆柱形光媒激发仓形成的弧形空间内，电源线引至圆柱形光媒激发仓边部接口处，在圆柱形光媒激发仓的两端设置有抗菌合成纤维网。

2.如权利要求1所述的用于汽车进气管道的多层空气净化装置，其特征在于，该多层空气净化装置安装到大型写字楼或住宅的中央空调的输送管道中或者直接安装到通风口处。