本发明属于通风技术领域，涉及负离子发生器和静电驻极体相结合的高效低阻新风过滤装置。
背景技术：
国内雾霾天气下室外颗粒污染物浓度越来越严重。目前我国主流的空气净化器、空气过滤器等传统的空气过滤净化装置对于空气中粒径较大的颗粒物可以有效地除去，但对于粒径较小的颗粒物还不能进行有效拦截。随着室外空气污染物浓度的严重超标以及很多用户要求空气过滤装置大风量、高滤速运行，传统的空气过滤装置面对高浓度、高滤速的颗粒污染物远远不能满足使用的要求，出现初始过滤效率较低、容尘阶段过滤效率显著下降等问题。若采用电除尘或等离子放电除尘技术，则在除尘过程中会产生大量的臭氧。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种负离子发生器和静电驻极体相结合的高效低阻新风过滤装置，以解决高浓度、高滤速下新风过滤装置过滤效率不高、过滤阻力较大、静电除尘下臭氧浓度超标等问题，克服上述传统新风过滤装置的缺陷。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种负离子发生器和静电驻极体相结合的高效低阻新风过滤装置，包括一个负离子发生器、荷电凝聚风管、空气过滤箱体、一个克重低于150g/m2的板式静电驻极体过滤器、一个克重高于250g/m2的袋式静电驻极体过滤器、对负离子发生器进行控制的控制器、监测整个过滤装置出口浓度的颗粒物浓度传感器。
进一步的，所述荷电凝聚风管的截面积应小于箱体迎风面的截面积。
进一步的，负离子发生器采用金属或碳尖端负电极尖端放电技术，放电电压低于10kv。
进一步的，不同设计风量所述过滤装置的迎风面积不一样。
进一步的，不同地区室外雾霾天气和pm2.5浓度情况不一样，所述板式静电驻极体过滤器有效过滤面积、过滤材料的克重不一样。
进一步的，不同洁净度等级要求和设计迎面风速下，所述袋式静电驻极体过滤器有效过滤面积、过滤材料的克重不一样。
进一步的，不同环境浓度下整个过滤装置，通过置于出口的颗粒物浓度传感器和控制负离子发生器的控制器的作用，其使用寿命不一样。
进一步的，出口不同颗粒物浓度下，负离子发生器的运行情况不一样。
具体的，一种负离子发生器和静电驻极体相结合的空气过滤装置，包括负离子发生器、荷电凝聚风管、空气过滤箱体、板式静电驻极体过滤器、袋式静电驻极体过滤器、控制器、颗粒物浓度传感器；所述负离子发生器设置于荷电凝聚风管内，荷电凝聚风管与空气过滤箱体相连；板式静电驻极体过滤器和袋式静电驻极体过滤器设置于空气过滤箱体中；待过滤空气从荷电凝聚风管进入后，依次通过负离子发生器、板式静电驻极体过滤器、袋式静电驻极体过滤器，控制器与负离子发生器、颗粒物浓度传感器相连接以控制其运作及接收相关检测信号。
进一步，为了保证通过板式静电驻极体过滤器表面的最大空气流速不超过限定值，空气过滤箱体前端至板式静电驻极体过滤器的长度不少于箱体迎风面宽度与荷电凝聚风管管径之差，确保气流扩散均匀；优选的，所述荷电凝聚风管的截面积小于箱体迎风面的截面积。
优选的，负离子发生器的放电电压低于10kv，采用金属或碳尖端负电极的尖端放电技术，直接释放电子，仅有少部分通过尖端周围的空气产生负离子，避免在放电过程中产生大量的臭氧，与等离子放电技术形成显著的技术差异。
优选的，所述的板式静电驻极体过滤器采用静电驻极体过滤材料，过滤材料克重规格需在70g/m2-150g/m2之间，板式静电驻极体过滤器制成波浪形，波浪间距3-7cm，波浪高度3-5cm，以控制滤速在1m/s以下。
优选的，所述的袋式静电驻极体过滤器采用静电驻极体过滤材料，过滤材料克重规格需在250g/m2-400g/m2之间，袋长控制在30-50cm，滤速控制在0.4m/s以下，以实现高效低阻的技术要求。滤袋袋数根据滤速要求直接进行计算即可。
优选的，本专利所述控制器接收颗粒物浓度传感器的出口浓度数据，当出口浓度高于35ug/m3时，控制器接通负离子发生器的电源，形成对静电驻极体过滤器的辅助作用；当出口浓度低于15ug/m3时，负离子发生器的电源被控制器断开，通过动态控制延长负离子发生器的使用寿命。通过负离子间歇式辅助和静电驻极体衰减后的补偿性辅助，延长整个过滤装置的寿命，形成本过滤装置的长时间高效过滤的技术特征。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
本发明所示的一种负离子发生器和静电驻极体相结合的高效低阻新风过滤装置，通过负离子发生器对颗粒物在低压放电下的荷电凝聚作用、以及板式静电驻极体过滤器和袋式静电驻极体过滤器的复合过滤以及负离子发生器和板式静电驻极体的耦合静电吸附作用，有效提高新风过滤器的过滤效率，且降低过滤阻力，带来很大的节能效果。具体分析如下：
(1)负离子发生器的高效荷电性。本发明荷电装置采用高压电极放电方式，新风中的颗粒物经过高压电极形成的电场后荷电。为了保证负离子发生器的高效性，荷电电极在箱体中均匀布置，且在新风入口管段保证新风在风管中流速均匀，使得颗粒物更有效地被荷电。为了降低本装置造成的臭氧的产生速率，高压电极的电场长度不超过6kv/cm。颗粒物荷电的有效性主要与放电电极的电场强度和新风颗粒物在电场中的停留时间有关。由于本装置的放电电极电场强度相对于传统的静电除尘或等离子净化的电极放电电场强度较低，另外通过放电电极的均匀布置，则放电电极的有效放电空间范围增加，因此新风中颗粒物在放电电极电场中的停留时间变长，颗粒物能更有效地被荷电。
(2)荷电颗粒的凝聚作用。新风通过负离子发生器后，部分颗粒物被放电电极有效地荷电。在运行过程中，带电颗粒物和不带电颗粒物之间会产生微静电作用，凝聚成为大粒径颗粒物，大粒径颗粒物在过滤时更容易被过滤材料捕捉，过滤效率得以提高。没有发生凝聚作用的带电颗粒物在驻极静电滤料的静电作用下，也更容易被过滤材料吸附。对于高污染物浓度下的新风，通过带电颗粒物的凝聚作用可有效缓解高浓度、小粒径的pm2.5对过滤材料造成的易穿透、滤芯有效过滤时间短的问题。放电电极和驻极体过滤器之间的距离称为颗粒物的凝聚距离，最小凝聚距离至少为颗粒物凝聚所需时间乘以迎面风速所得路程的1.1倍，以保证大部分荷电的颗粒物发生静电凝聚。在一定浓度的pm2.5环境下，新风中颗粒物的凝聚时间基本上相同，颗粒物的凝聚距离主要和负离子发生器所在的新风管的迎面风速有关，迎面风速越快，在颗粒物凝聚时所需的距离越长，负离子发生器与箱体之间的距离越长。同时，驻极体过滤器采用较长的过滤袋长可以增加凝聚距离，有利于颗粒物的凝聚作用。
(3)驻极体过滤器的高效低阻性。驻极体过滤材料在制造工艺中增加了驻极工艺，使得过滤材料内部的电介质发生极化，过滤材料的荷电性能衰减较慢。当新风中的颗粒物在穿过驻极体过滤材料时，粒径很小的颗粒物会受到驻极体滤料电场的影响，此时颗粒物与驻极体材料之间的静电力可以改变颗粒物的运动轨迹，从而使得小粒径颗粒物更容易被驻极体过滤材料捕获。对于粒径较小的颗粒物，颗粒物与驻极体材料产生的静电力使得小粒径颗粒物的过滤效率提高，尤其是pm2.5，因此驻极体材料的过滤效率明显高于普通的过滤材料。驻极体过滤材料的静电存在时间很长，该装置在过滤器的容尘阶段静电力衰减较慢，过滤效率高效持续。
驻极体过滤材料在容尘阶段中过滤材料表面被捕获的颗粒物堆积状态与普通的过滤材料不同。由于驻极体材料在捕获颗粒物后，在颗粒物周围的极化电场使得颗粒物之间产生排斥作用或者颗粒物在被负离子发生器荷电后产生相互排斥作用，使得颗粒物在驻极体材料上的堆积状态为蓬松状，颗粒物之间存在一定的间隙，使得新风通过过滤材料时阻力较低。而普通的过滤材料上颗粒物堆积密集，颗粒物之间的间隙较小，在容尘阶段新风穿过过滤材料的阻力较大。
(4)板式静电驻极体过滤器的均流作用。板式静电驻极体过滤器置于箱体的前端，有初效过滤和新风均流两大作用。新风从新风进风管进入箱体，流速降低，但是在迎风面上新风风速分布不均匀，箱体迎风面中心处风速较大，不利于新风颗粒物的过滤，降低过滤效率。板式静电驻极体过滤器为细密的驻极体过滤材料，且有一定的阻力，具有很好的均流效果，可以使得新风在过滤箱体中的风速分布更为均匀，流速均匀对于驻极体过滤材料捕获新风中的颗粒物有较大的促进作用。大部分新风中的颗粒物经过板式静电驻极体过滤器后都被拦截下来，小粒径的颗粒物穿透后均匀分布，有利于袋式静电驻极体过滤器的二次过滤。
(5)袋式静电驻极体过滤器的二次过滤。袋式静电驻极体过滤器应用于负离子发生器和板式静电驻极体过滤器耦合作用后pm2.5仍然不能满足新风中pm2.5浓度设计要求的场所，比如在高浓度、高滤速的工况，对过滤等级要求较高的场所等。对于pm2.5浓度较低的地区，负离子发生器和板式静电驻极体过滤器耦合作用后新风可以满足使用的要求，则袋式静电驻极体过滤器可以不使用。
(6)不同场所不同污染物浓度的系统匹配。不同地区雾霾情况严重性不同，新风中颗粒物浓度不同。为了保证新风经过本新风过滤装置后新风中的颗粒物浓度满足设计要求，对于不同浓度的颗粒污染物，需有不同过滤效率的新风过滤装置。雾霾天较严重的地区，新风中颗粒物浓度高，则需要的新风过滤装置的过滤效率高。本新风过滤装置的新风过滤效率与多个因素有关，主要因素有：负离子发生器的电极电压、新风在箱体中的流速、驻极体过滤材料的性质等。电极电压和新风流速在设计时已经确定，因此新风过滤装置过滤效率与不同地区污染物浓度的匹配主要与驻极体过滤材料的性能有关。驻极体过滤材料的性能主要与驻极体材料纤维结构、材料克重、材料电介质常数等有关。对于同一种材料，不同克重的材料过滤效率不同。过滤材料的克重一般在150～600g/m2，克重越大，过滤效率越高。对于雾霾现象严重的地区，可选用克重较大的驻极体过滤材料。对于不同污染物浓度要求的场所，如工业建筑、办公建筑、住宅建筑等，对新风的洁净度要求较高的场合，可选用克重较大的驻极体过滤材料。
附图说明
图1为本发明实施例的一种负离子发生器和静电驻极体相结合的高效低阻新风过滤装置的整体示意图。
图2为本发明实施例中负离子发生器的结构示意图。
附图标记：负离子发生器1、荷电凝聚风管2、空气过滤器箱体3、板式静电驻极体过滤器4、袋式静电驻极体过滤器5、控制器6、颗粒物浓度传感器7、阴极板8、高压电源9、阳极10、阳极电极11、绝缘板12。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种负离子发生器和静电驻极体相结合的高效低阻新风过滤装置的整体示意图，其包括负离子发生器1、荷电凝聚风管2、空气过滤器箱体3、板式静电驻极体过滤器4、袋式静电驻极体过滤器5、控制器6、颗粒物浓度传感器7；所述负离子发生器1设置于荷电凝聚风管2内，荷电凝聚风管2与空气过滤器箱体3相连；板式静电驻极体过滤器4和袋式静电驻极体过滤器5设置于空气过滤器箱体3中，颗粒物浓度传感器7设置于袋式静电驻极体过滤器5的出风区域；待过滤空气从荷电凝聚风管2进入后依次通过负离子发生器1、板式静电驻极体过滤器4、袋式静电驻极体过滤器5，颗粒物浓度传感器7对经过袋式静电驻极体过滤器5的空气进行检测，控制器6与负离子发生器1、颗粒物浓度传感器7相连接以控制其运作及接收相关检测信号。
如图2所示，一种负离子发生器的结构示意图，其包括阴极板8、高压电源9、阳极10、阳极电极11、绝缘板12；所述阴极板9和阳极10与高压电源9相连；所述阳极电极11均匀布置在阳极10上；所述阴极板9和阳极10通过绝缘板12隔离，阳极10的支架置于绝缘板12上。所述阳极电极11均匀布置，从而保证箱体中颗粒荷电区域的电场强度均匀分布，因此分布均匀的颗粒物可以有效地被荷电。
负离子发生器1布置于荷电凝聚风管2中，根据负离子发生器的荷电特性，负离子的释放时间和颗粒物被有效荷电的时间极短，从而负离子发生器1与板式静电驻极体过滤器4之间的距离主要受空气过滤器箱体3前端至板式静电驻极体过滤器4的长度的限制。为了保证通过板式静电驻极体过滤器4表面的最大空气流速不超过限定值，空气过滤器箱体3前端至板式静电驻极体过滤器4的长度不少于箱体迎风面宽度与荷电凝聚风管管径之差，确保气流扩散均匀。
板式静电驻极体过滤器4采用静电驻极体过滤材料，过滤材料克重规格需在70g/m2-150g/m2之间，板式静电驻极体过滤器4制成波浪形，波浪间距3-7cm，波浪高度3-5cm，滤速控制在1m/s以下，以实现高效低阻的技术要求。板式静电驻极体过滤器4主要用于除去新风中大部分的颗粒物，起到保护下游的袋式静电驻极体过滤器的作用。
袋式静电驻极体过滤器5采用静电驻极体过滤材料，过滤材料克重规格需在250g/m2-400g/m2之间，袋长控制在30-50cm，滤速控制在0.4m/s以下，以实现高效低阻的技术要求。滤袋袋数根据滤速要求直接进行计算即可。新风经过负离子发生器1的荷电凝聚后可有效地降低新风中小粒径颗粒物的浓度，因此减少了两个驻极体过滤器的负担。另外，粒径较小的颗粒物被荷电后被驻极体过滤器捕获的概率增大，过滤器的过滤效率增加。
控制器6接收颗粒物浓度传感器7的出口浓度数据，当出口浓度高于35ug/m3时，控制器6接通负离子发生器1的电源，形成对静电驻极体过滤器的辅助作用；当出口浓度低于15ug/m3时，负离子发生器1的电源被控制器断开，通过动态控制延长负离子发生器1的使用寿命。通过负离子间歇式辅助和静电驻极体衰减后的补偿性辅助，延长整个过滤装置的寿命，形成本过滤装置的长时间高效过滤的技术特征。
本发明利用负离子发生器的低压尖端放电技术和静电驻极体材料双层过滤技术，使得空气过滤器的过滤效率显著提高，同时也解决了高浓度、高滤速下传统空气过滤器对于小粒径颗粒污染物过滤效率低的问题和电除尘等技术产生的臭氧问题。另外，负离子发生器对于颗粒污染物的荷电凝聚作用在容尘阶段基本保持不变，有效地缓解了传统空气过滤器在容尘阶段过滤效率显著下降的问题，弥补了驻极体过滤材料表面静电力衰减后效率下降的情况。
本发明通过负离子发生器在荷电凝聚风管中对空气中的颗粒物进行荷电和电凝聚，再通过空气过滤器箱体中板式静电驻极体过滤器和袋式静电驻极体过滤器的双重过滤，颗粒物与静电驻极体过滤材料之间具有库仑力和电泳力的作用，从而实现空气过滤器的高效低阻过滤性能。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。