CN108579287B - 一种云雾式空气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种云雾式空气净化装置，包括用于容纳水的水箱、风机、云雾发生器以及依次连通的渐缩段、侧壁上设有多个云雾入口的云雾初级混合段、内设隔片组的二级混合段、内设旋转射流喷口的喷射段、内设云雾吸入管的三级混合段和沉积段；沉积段内设有杆式电极和TiO₂涂层，沉积段的底部设有集水口，沉积段的末端开口；本发明利用流体流动原理设计各个混合段，综合应用附壁射流、旋转射流的流动特性，实现云雾自动吸入，保证气流中的细颗粒物与云雾小液滴碰撞、凝并、团聚过程作用充分，促使较大尺寸的含颗粒物液滴的形成，并在静电力作用下沉积回收。本发明PM2.5脱除效率高，能耗低、用水量少，结构紧凑，便于现有通风系统的改造。

Description

一种云雾式空气净化装置

技术领域

本发明涉及空气净化领域，尤其涉及一种云雾式空气净化装置。

背景技术

近年来，雾霾天气市场发生，细颗粒物PM2.5长期悬浮于空气中，且比表面积大，易于吸附聚集病毒和细菌。PM2.5进入人体肺泡后易形成沉积，引发呼吸道疾病。常规的除尘设备可以实现粒径大于10微米的颗粒的有效捕集，对0.1～2.5微米的细颗粒物往往无能为力。

为解决这一难题，大部分空气净化装置利用细水雾提高细颗粒物的捕集率。然而单纯地利用细水雾吸附捕集细颗粒物，仍有相当一部分细颗粒物逃逸，且用水量大，需要配套污水处理装置，如专利US6488269“Wet scrubber”湿式除尘器、CN2013106575385“空气净化装置”。近年来，应用超声雾化原理，超细化液滴粒径，强化污染气体与液雾的凝并团聚过程，得到了一些学者的关注。专利CN201610803531"一种尾气处理装置和处理方法"采用超声雾化喷嘴，使液滴粒径为20微米左右，应用声波团聚强化液滴与细颗粒物的碰撞团聚速率，由于声波团聚能耗过高，作用机理还不够清晰，距离实际应用还有一段距离。中国专利CN201520441267“云式除尘系统”设置了液雾发生器、颗粒生长区及云式除尘装置，含尘气流与液雾混合缓慢，含尘气流速度较小，整套装置比较复杂，结构尺寸大，其推广和应用受到限制。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种云雾式空气净化装置，适用于室内新风系统的细颗粒物高效脱除装置，利用压电式超声雾化器形成液滴粒径为5微米左右的超细水雾，基于流体流动原理分析，结合气流附壁射流、旋转气体射流以及气流撞击的特性，强化细颗粒物凝并团聚过程，提高细颗粒物凝并团聚速率，有机结合静电吸附技术和水膜捕集技术，完成细颗粒物的高效脱除，为室内提供干净、清新的空气。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种云雾式空气净化装置，包括用于容纳水的水箱、风机、渐缩段、云雾初级混合段、二级混合段、喷射段、三级混合段、沉积段、云雾吸入管、云雾发生器；

所述云雾发生器位于水箱内，并位于水面以下，所述水箱的相对的两个侧壁上端分别设有云雾左出口和云雾右出口；

所述风机设置于渐缩段的入口处，所述渐缩段的出口与云雾初级混合段、二级混合段、喷射段、三级混合段和沉积段依次连通且同轴线，所述云雾初级混合段的侧壁上设有多个云雾入口，所述云雾入口与云雾左出口连通；

所述二级混合段管段内设有隔片组，所述隔片组包括交替设置的左旋隔片和右旋隔片，所述左旋隔片和右旋隔片依次焊接成串，所述喷射段内设有旋转射流喷口，所述旋转射流喷口的喷射方向对准三级混合段，所述三级混合段内设有云雾吸入管，所述云雾吸入管与云雾右出口连通，所述沉积段内设有杆式电极，沉积段内壁上涂有TiO₂涂层，所述杆式电极与负高压静电发生器电连接，所述沉积段的底部设有集水口，所述沉积段的末端开口。

优选地，多个所述云雾入口以云雾初级混合段的轴线为中心沿圆周均匀分布在云雾初级混合段上。

优选地，所述云雾入口的个数为四个。

优选地，还包括液位控制器、电磁阀、用于测量水箱内低水位的低液位感应器、用于测量水箱内高水位的高液位感应器，所述低液位感应器和高液位感应器安装于水箱的外壁上，所述电磁阀通过水管连通水源和水箱的进水口，所述电磁阀、低液位感应器和高液位感应器均与液位控制器电连接，液位控制器根据低液位感应器和高液位感应器反馈的信号控制电磁阀的启闭。

优选地，还包括浮标，所述云雾发生器粘贴在浮标上，浮标悬浮在水箱的水里面。

优选地，所述云雾发生器距离水面1～2cm。

优选地，所述沉积段内的两端安装有杆式电极支撑座，所述杆式电极支撑座包括大圆环、与大圆环同心的小圆环以及连接大圆环和小圆环的多个支架，多个所述支架沿大圆环的径向设置，在小圆环中心设置凹槽，所述杆式电极的两端分别安装在小圆环的凹槽内。

优选地，杆式电极支撑座采用聚四氟乙烯制成。

本发明的有益效果：

1)本发明利用流体流动原理设计各个混合段，综合应用附壁射流、旋转射流的流动特性，实现云雾的自动吸入，保证气流中的细颗粒物与云雾小液滴相互作用过程充分，促使较大尺寸的含颗粒物液滴的形成。

2)本发明应用负高压静电场，将含细颗粒物液滴全部导向沉积管段内壁面的TiO₂涂层，利用TiO₂的亲水特性，进一步确保了杆式电极干燥无液滴浸湿，实现整个装置长时间有效运行。

3)本发明能耗低、用水量少，设计合理，结构紧凑，便于现有通风系统的改造。

附图说明

图1为本发明所述一种云雾式空气净化装置的结构示意图。

图2为本发明所述水箱的结构示意图。

图3为本发明所述杆式电极的结构示意图。

图中：1.液位控制器；2.电磁阀；3.水箱；4.风机；5.渐缩段；6.云雾入口；7.附壁射流；8.云雾初级混合段；9.左旋隔片；10.右旋隔片；11.螺纹套管；12.旋转射流喷口；13. 云雾吸入管；14.杆式电极；15.TiO₂涂层；16.集水口；17.杆式电极支撑座；18.低液位感应器；19.云雾发生器；20.高液位感应器；21.云雾左出口；22.云雾右出口；23.浮标；24. 进水口。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的一种云雾式空气净化装置，包括用于容纳水的水箱3、风机4、渐缩段5、云雾初级混合段8、二级混合段、喷射段、三级混合段、沉积段、云雾吸入管13、云雾发生器19、液位控制器1、电磁阀2、用于测量水箱3内低水位的低液位感应器18、用于测量水箱3内高水位的高液位感应器20。

如图2所示，云雾发生器19粘贴在浮标23上，浮标23悬浮在水箱3的水里面，云雾发生器19距离水面1～2cm。水箱3的相对的两个侧壁上端分别设有云雾左出口21和云雾右出口22，低液位感应器18和高液位感应器20采用胶水粘贴的方法安装于水箱3的外壁上，电磁阀2通过水管连通水源和水箱3的进水口24，所述电磁阀2、低液位感应器18和高液位感应器20均与液位控制器1电连接，液位控制器1根据低液位感应器18和高液位感应器 20反馈的信号控制电磁阀2的启闭。

风机4设置于渐缩段5的入口处，风机4、渐缩段5、云雾初级混合段8的一端依次焊接，云雾初级混合段8的另一端、二级混合段、喷射段、三级混合段和沉积段依次利用螺纹套管 11链接且同轴线，云雾初级混合段8的侧壁上设有多个云雾入口6，本实施例中云雾入口6 的个数为四个，四个云雾入口6以云雾初级混合段8的轴线为中心沿圆周均匀分布在云雾初级混合段8上，确保不破坏附壁射流7的轴对称性，云雾入口6与云雾左出口21连通。

二级混合段管段内设有隔片组，所述隔片组包括间隔交替设置的左旋隔片9和右旋隔片 10，左旋隔片9和右旋隔片10依次焊接成串，隔片组的两端均为左旋隔片9，两端的左旋隔片9分别与二级混合段管壁焊接，所述喷射段内设有旋转射流喷口12，所述旋转射流喷口 12的喷射方向对准三级混合段，所述三级混合段内设有云雾吸入管13，云雾吸入管13与三级混合段管段焊接联接固定，云雾吸入管13与云雾右出口22连通，沉积段内设有杆式电极 14，沉积段的内壁上设有TiO₂涂层15，沉积段内的两端安装有杆式电极支撑座17，如图3 所示，所述杆式电极支承座17包括大圆环、与大圆环同心的小圆环以及连接大圆环和小圆环的多个支架，多个所述支架沿大圆环的径向设置，小圆环中心设置凹槽，所述杆式电极14的两端分别与安装在小圆环中心的凹槽内。所述杆式电极14的两端分别与两个小圆环过渡配合。本实施例中，杆式电极支撑座17采用聚四氟乙烯制成。杆式电极14与负高压静电发生器电连接，所述沉积段的底部设有集水口16，所述沉积段的末端开口。

使用时，接通液位控制器1、电磁阀2电源，自动给水箱3加水至高液位感应器20确定的水位，打开云雾发生器19电源，开始产生云雾，之后，打开风机4，含细颗粒物的气流在风机4的吹送下依次经过渐缩段5、云雾初级混合段8、内有左旋隔片9、右旋隔片10的二级混合段、带旋转射流喷口12的喷射段、内置云雾吸入管13的三级混合段以及沉积段。

本发明的工作过程是利用流体流动原理，结合流体力学分析，综合应用附壁射流7形成负压、旋转射流形成负压，云雾自动进入相应的混合管段，左旋隔片9与右旋隔片10的间隔设置，使含尘气流与云雾充分接触，并促使旋转气流的形成。在三级混合段内，细颗粒物与水蒸气凝结或与小液滴碰撞，形成含细颗粒物液滴，进入沉积管段后在静电力的作用下沉积回收。

具体地，风机4吹出的含尘气流经渐缩段5加速后形成气体射流进入云雾初级混合段8，经过一小段距离后附壁，形成附壁射流7。同时，云雾发生器19产生5微米左右的小液滴，形成干雾。在云雾初级混合段8内、射流附壁前的这部分体积内压强低于大气压，在压强差的作用下，云雾发生器19产生的云雾被自动吸入云雾初级混合段中，由于射流的卷吸作用，云雾被吸入气体，与气体内的细颗粒物完成初次混合、凝并、团聚。之后，云雾、含尘气体进入二级混合段，在左旋隔片9、右旋隔片10的引导下，云雾，含尘气体再次混合。云雾、含尘气体混合气流经隔片组中最后一级左旋隔片9形成旋转气流从旋转射流喷口12喷出，在三级混合段内仍然是旋转气流，而旋转气流中心压强低于大气压，即在轴心线附近形成负压，利用压差使云雾经云雾吸入管13进入三级混合段，再次强化气流与云雾的混合、凝并、团聚过程。

云雾发生器19形成的液滴粒径小于5微米，由于蒸发作用形成湿度过饱和环境。在云雾与气体的混合过程中，饱和水蒸气以粉尘颗粒为凝结核液化并附着在粉尘颗粒表面，使得粉尘颗粒粒径不断增大。这一过程中，不仅改善了粉尘颗粒的亲水性，而且增加了粉尘的体积与重量，降低了流体曳力，大幅度提高细颗粒物的捕集效率。另外，过饱和水蒸气中的液滴与粉尘经过三级混合，发生合并、团聚等微物理过程，进一步提升了云雾捕集细颗粒物的能力。

在沉积段内，杆式电极14与负高压静电发生器相连，与TiO₂涂层15之间形成负高压静电场。由于水蒸气凝结或者碰撞团聚，含细颗粒物的液滴往往带有负电荷，在静电力的作用下，含细颗粒物的液滴沉积在TiO₂涂层15上。由于TiO₂涂层15本身具有亲水性，液滴碰触其表面后，均匀铺展，并沿管道内侧壁面缓慢流到沉积段的底部，经集水口16收集污水，而不会有液滴从沉积段的圆形壁面上直接向下滴落，由此保证杆式电极14不会被含尘液滴浸湿而导致荷电效果下降，最终影响含细颗粒物的液滴的沉降，脱除细颗粒物的干净气流从沉积段的右端流出。

当本发明运行一段时间后，水箱3中的水位下降至低液位感应器18位置时，由液位控制器1控制电磁阀2开启，开始给水箱3补水，水箱3中的水位上升至高液位感应器20位置时，液位控制器1控制电磁阀2关闭，停止给水箱3补水。当需要关闭本发明所述云雾式空气净化装置时，依次关闭云雾发生器19、风机4、负高压静电发生器，断开液位控制器1、电磁阀2电源。

本发明中的云雾与气流的混合装置、针对含细颗粒物的液滴的沉积装置，均设置在通风管道内，没有额外的外置装置，结构简单，不需改变现有室内通风系统的主体管路布置。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种云雾式空气净化装置，其特征在于，包括用于容纳水的水箱(3)、风机(4)、渐缩段(5)、云雾初级混合段(8)、二级混合段、喷射段、三级混合段、沉积段、云雾吸入管(13)、云雾发生器(19)；

所述云雾发生器(19)位于水箱(3)内，并位于水面以下，所述水箱(3)的相对的两个侧壁上端分别设有云雾左出口(21)和云雾右出口(22)；

所述风机(4)设置于渐缩段(5)的入口处，所述渐缩段(5)的出口与云雾初级混合段(8)、二级混合段、喷射段、三级混合段和沉积段依次连通且同轴线，所述云雾初级混合段(8)的侧壁上设有多个云雾入口(6)，所述云雾入口(6)与云雾左出口(21)连通；

所述二级混合段管段内设有隔片组，所述隔片组包括交替设置的左旋隔片(9)和右旋隔片(10)，所述左旋隔片(9)和右旋隔片(10)依次焊接成串，所述喷射段内设有旋转射流喷口(12)，所述旋转射流喷口(12)的喷射方向对准三级混合段，所述三级混合段内设有云雾吸入管(13)，所述云雾吸入管(13)与云雾右出口(22)连通，所述沉积段内设有杆式电极(14)，沉积段的内壁上设有TiO₂涂层(15)，所述杆式电极(14)与负高压静电发生器电连接，所述沉积段的底部设有集水口(16)，所述沉积段的末端开口。

2.根据权利要求1所述的云雾式空气净化装置，其特征在于，多个所述云雾入口(6)以云雾初级混合段(8)的轴线为中心沿圆周均匀分布在云雾初级混合段(8)上。

3.根据权利要求1所述的云雾式空气净化装置，其特征在于，所述云雾入口(6)的个数为四个。

4.根据权利要求1所述的云雾式空气净化装置，其特征在于，还包括液位控制器(1)、电磁阀(2)、用于测量水箱(3)内低水位的低液位感应器(18)、用于测量水箱(3)内高水位的高液位感应器(20)，所述低液位感应器(18)和高液位感应器(20)安装于水箱(3)的外壁上，所述电磁阀(2)通过水管连通水源和水箱(3)的进水口(24)，所述电磁阀(2)、低液位感应器(18)和高液位感应器(20)均与液位控制器(1)电连接，液位控制器(1)根据低液位感应器(18)和高液位感应器(20)反馈的信号控制电磁阀(2)的启闭。

5.根据权利要求1所述的云雾式空气净化装置，其特征在于，还包括浮标(23)，所述云雾发生器(19)粘贴在浮标(23)上，浮标(23)悬浮在水箱(3)的水里面。

6.根据权利要求5所述的云雾式空气净化装置，其特征在于，所述云雾发生器(19)距离水面1～2cm。

7.根据权利要求1所述的云雾式空气净化装置，其特征在于，所述沉积段内的两端安装有杆式电极支撑座(17)，所述杆式电极支撑座(17)包括大圆环、与大圆环同心的小圆环以及连接大圆环和小圆环的多个支架，多个所述支架沿大圆环的径向设置，在小圆环中心设置凹槽，所述杆式电极(14)的两端分别安装在小圆环的凹槽内。

8.根据权利要求7所述的云雾式空气净化装置，其特征在于，杆式电极支撑座(17)采用聚四氟乙烯制成。