一种固态风扇耦合吸附净化的小型文物环境空气洁净系统的制作方法

本发明涉及空气净化领域，特别涉及一种固态风扇耦合吸附净化的小型文物环境空气洁净系统，主要用于文物陈展柜和储存柜内的空气净化。

背景技术：

文物保存环境的空气质量是文物寿命的重要限制性因素，而我国国家级及省级博物馆中文物的保存一般以展柜保存为主。影响文物保存环境的主要参数有环境温度、湿度、不适当的照明和空气污染。其中，气态空气污染物对文物的影响非常大，除去气态污染物常用的方法是吸附净化法。

申请号为201610078952.4的中国专利文献公开了一种空气净化器，在过滤腔体内依次安装有一次风机、气盘、过滤层、活性炭层和光触媒层，气盘上均匀设置有若干个贯通的气孔，活性炭层呈弧状设置，其弧形凹面侧朝向所述过滤层。该发明设计合理，通过气盘的设置可使进入过滤腔的空气均匀通过过滤层，通过活性炭层的弧形设置可增大吸附面积，使净化效果得到改善。

如上述例，目前常用的空气净化器主要是电机、风扇、空气过滤网等系统组成，工作原理为：机器内的电机和风扇使室内空气循环流动，污染的空气通过机内的空气过滤网后将各种污染物吸附清除。但是，这种由机械风扇驱动的系统，存在着较大的振动和噪音，且由于结构的限制，小型化非常难。针对这一问题，固态风扇代替机械风扇作为驱动装置逐渐被人们重视。

申请号为201510811961.5的中国专利文献公开了一种固态风扇耦合半导体恒温恒湿文物陈展柜，包括柜体、恒温恒湿单元以及输气单元，所述输气单元用于循环柜体内气体与恒温恒湿单元所产生的恒温恒湿气体，包括连接柜体和恒温恒湿单元的风管，提供气体循环动力的第一固态风扇以及驱动电源；本发明的输气装置采用固态风扇通过离子风来实现气体加速流动，可以为输气提供动力，克服了传统机械风机的噪音和振动以及能耗高的问题，具有低能耗、无噪音和振动以及便于控制等优点。

综上可以看出，对于文物保存，除去气态污染物非常重要，传统的机械风扇驱动系统存在去多不足，由固态风扇代替机械风扇作为驱动装置的系统非常适合小型空气处理系统.因此,可以将固态风扇与吸附净化装置配合使用，为文物陈展柜进行有效的空气净化。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种固态风扇耦合吸附净化的小型文物环境空气洁净系统，用于文物陈展柜内的空气净化。

本发明的技术方案如下：

一种固态风扇耦合吸附净化的小型文物环境空气洁净系统，包括柜体、吸附净化单元以及输气单元，所述输气单元提供空气在系统中循环的动力，所述输气单元包括连接柜体和吸附净化单元的风管、提供气体循环动力的固态风扇以及驱动电源；所述风管的数量为一或两根，当风管为两根时，风管与风管之间以平行并联的方式连接；所述的吸附净化单元包括吸附净化装置和放置在吸附净化装置内的吸附剂。

在上述技术方案中，所述的风管的内径最大为30mm。吸附净化装置用来除去空气中的污染气体，使陈展柜内的空气品质达到所需的要求，吸附净化装置的形状可以根据需要设计，所使用的吸附剂也可以根据需要除去的污染气体种类进行选择使用。通过将固态风扇与吸附净化装置配合使用达到更好的净化效果。

固态风扇能够提供的风速范围约为0～3m/s，假定使用内径上限为3cm的风管，则单根风管可提供的风量上限约为7.634m³/h，定义并联不超过2根小管径风管的系统为小型空气净化系统，则小型净化系统能满足的风量上限为15m³/h，随着管径的变化，送风量也会随之变化，实际使用时，综合考虑送风量和系统体积大小，确定所需使用的管径。

当柜体1的尺寸为30cm×30cm×30cm(长×宽×高)，风管9的内径为1.5cm时，风速2m/s，送风量1.3m³/h，该送风量下，柜体1每小时换气次数可达到48次,即柜体内的空气在1小时内可以被净化48次，柜体内的污染物能在极短的时间内被净化掉。

作为优选，所述的固态风扇包括：两端开口且与风管连接的集电极筒、安装在集电极筒一端的电极框架以及安装在电极框架上与集电极筒配合形成离子风的放电电极。所述集电极筒与所述风管灵活对接，集电极筒内腔产生离子风，有效驱动气流流动。

作为优选，所述的集电极筒与所述风管连接方式为螺纹连接、卡箍式连接或法兰连接，优选的为螺纹连接。卡箍式连接的方式便于拆卸。所述的放电电极使用的材料为铜、铍铜、铁丝、钢丝或者其它丝状材料。

固态风扇的风量受到结构参数如放电电极的数量、集电极板的面积、放电电极与集电极板的距离以及供电电压影响，因此，可以通过调节这些变量来实现所需的风量；此外，固态风扇的形状可以根据需要任意制作，灵活性和适应性相对于机械风扇具有极大的优势。

作为优选，所述固态风扇的放电电极为与集电极筒中心轴垂直的线状放电电极，所述线状放电电极的直径为0.03mm～5mm。线状放电电极设计、加工简单，同时可以减少需要布置的电极数目，易于固定，可以节约设计时间以及成本。线状放电电极为碳钢丝、不锈钢线、铜丝、钨丝、镍合金丝、碳丝或其它金属丝，也可以是非金属丝。

作为优选，所述的放电电极为垂直于集电极筒中心轴的电极框架上的针状放电电极，针状放电电极的针头指向集电极筒内且方向与集电极筒的中心轴平行，所述针状放电电极为单个或多个并列在电极框架上，所述针状放电电极根部直径为2～10mm。

针状的放电电极由于曲率半径易于制作的更小，起晕电压可以更低，更易于实现电晕放电，同时针状电极能通过调整针的朝向更好的实现对产生的离子风气流流向的控制。为了提高单一固态风扇的风量，所述针状放电电极沿集电极筒径向可以排布多个。

作为优选，所述的放电电极为位于集电极筒一端内侧环状凸台电极框架上的针状放电电极，所述针状放电电极为单个或多个并列在电极框架上。使用该方式设置可进一步消除横跨集电极筒一端的电极框架对气流的阻碍。

此外，所述的吸附净化装置采用自然冷却，其形状可根据不同场合的需求设置成不同的形状。

所述的小型文物环境空气洁净系统在用于热量产生小的场合时，所述的吸附净化装置为圆筒状、三角形或矩形状的框架；吸附净化装置外表面光滑。

所述的小型文物环境空气洁净系统在用于热量产生大的场合，所述的吸附净化装置为圆筒状、三角形或矩形状的框架；吸附净化装置外表面安装有肋片，肋片用来强化传热，所说的肋片包括直肋、三角肋或其他形状肋片。

所述的小型文物环境空气洁净系统在用于吸附剂中心处散热不佳的场合时，其特征在于：所述的吸附净化装置为同轴环形的框架。轴环形的框架可以为圆环形、同轴三角形或同轴矩形，能够缓解实心吸附净化装置中心处吸附剂散热不足的缺点。

所述的小型文物环境空气洁净系统在用于被污染空气在吸附剂中流动的距离延长的场合时，所述的吸附净化装置为蛇型管状的框架。蛇型管状结构能够有效延长空气在吸附净化装置中流动的距离，从而提高净化的效果；对于可压紧的吸附剂，吸附剂填满蛇形管内部空间，对于不可压紧的吸附剂，蛇形管换向的上部圆弧区域不填充吸附剂，因为不可压缩吸附剂在空气流速偏大时，固体吸附剂会被气体带动，因此需要一段距离进行气固分离。

作为优选，所述吸附剂为活性炭、竹炭或者壳聚糖基吸附净化材料，所述壳聚糖基吸附净化材料，优选的，采用壳聚糖、二氧化锰与活性炭复合吸附剂，羧甲基壳聚糖与二氧化锰复合吸附剂以及羧甲基纤维素钠、壳聚糖、无机盐与二氧化锰复合吸附剂，这些吸附剂能有效地净化甲醛和二氧化硫气体。

为了进一步提高对多种污染气体的吸附效果，所述吸附剂还可以为光催化和吸附的不同组合，优选的，采用光催化、分子筛与竹炭的组合，对氮氧化物具有较好的净化效果，不同的催化剂单独使用或者搭配使用，可用来针对性除去不同的污染气体。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的输气装置采用固态风扇来实现气体加速流动，可以为输气提供动力，克服了传统机械风机的噪音和振动以及难以小型化的问题，具有体积紧凑、无噪音振动以及便于控制等优点，可用于文物陈展柜内的空气净化。

(2)本发明的固态风扇的形状可以根据需要灵活设计，通过串联或者并联固态风扇可以方便的调整风量，也可以通过调整放电电极的曲率半径、集电极与放电电极见得距离等调整风量，因此系统灵活性好、适应性强。

(3)不同文物陈展柜所需去除的污染气体不同，污染气体的含量也不同，将固态风扇与吸附净化装置耦合使用，通过固态风扇循环参数与典型吸附处理器、典型气态污染物及陈展柜参数之间的相互配合，可以灵活搭配出不同风量、适宜去除不同污染气体的空气净化系统，提高空气净化效果，以满足不同文物陈展柜的需求。

附图说明

图1为本发明一种固态风扇耦合吸附净化的小型文物环境空气洁净系统的整体系统结构示意图；

图2为本发明实施例1中固态风扇的立体结构示意图；

图3为本发明实施例1中圆筒形吸附净化装置的立体结构示意图；

图4为本发明实施例2中固态风扇的立体结构示意图；

图5为本发明实施例3中固态风扇的立体结构示意图；

图6为本发明实施例4中固态风扇的立体结构示意图；

图7为本发明实施例5中圆筒形吸附净化装置立体结构示意图；

图8(a)为本发明实施例6中圆环形吸附净化装置立体结构示意图，(b)、(c)为对应的同轴三角形吸附净化装置和同轴矩形吸附净化装置的示意图；

图9(a)为本发明实施例7中蛇型管吸附净化装置结构简图，吸附剂为可压缩型，(b)为不可压缩型吸附剂对应的蛇型管吸附净化装置结构简图。

图中：1、柜体；2、吸附净化装置；3、固态风扇；4、驱动电源；5、导线；6、放电电极；7、电极框架；8、集电极筒；9、风管；21吸附净化装置框架；22、吸附剂；23、肋片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明一种固态风扇耦合吸附净化的小型文物环境空气洁净系统作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，一种固态风扇耦合吸附净化的小型文物环境空气洁净系统，包括柜体1、吸附净化单元以及输气单元；输气单元提供空气在系统中循环的动力，包括连接柜体1和吸附净化单元的风管9、提供气体循环动力的固态风扇3以及驱动电源4；固态风扇3利用电晕放电产生的离子气流实现管道内空气的循环流动；吸附净化单元包括吸附净化装置2和放置在吸附净化装置内的吸附剂22。

通过驱动电源4对固态风扇3的电压进行控制，改变输送风速，提供不同风量的未处理空气至吸附净化装置2，净化后的空气在固态风扇3的驱动下，由风管9送至柜体1，实现对柜体1内空气的循环输送和净化。

柜体1的尺寸为30cm×30cm×30cm(长×宽×高)，风管9的内径为1.5cm，风速2m/s，送风量1.3m³/h，该送风量下，柜体1每小时换气次数为48次。

如图2所示，固态风扇3包括：两端开口且与风管9连接的集电极筒8、安装在集电极筒8一端的电极框架7以及安装在电极框架7上与集电极筒8配合形成离子风的放电电极6。集电极筒8与风管9灵活对接，集电极筒8内腔产生离子风，有效驱动气流流动。

集电极筒8与风管9通过螺纹连接，固态风扇3使用线-管式，放电电极6采用不锈钢线，不锈钢线的直径为0.15mm，通过导线5连接在驱动电源4的正极上，集电极筒8作为集电极通过导线5连接在驱动电源4的负极上，为了安全，集电极筒8的内表面为铝合金，外表面使用橡胶绝缘，放电电极6与集电极筒8连接的部分使用橡胶绝缘，保证两个电极之间为断路。固态风扇3的安装数量和位置可以根据需要进行调整，本实施例中在柜体1和吸附净化装置2的进出口分别设有固态风扇3来提供气体的驱动力。

根据系统的大小、风量、管道阻力的差异等因素，前述的固态风扇3的数目可以采用多个，多个固态风扇可以串联在风管9上，也可以并联后再与风管9相连。

如图3所示，吸附净化装置2由圆筒状的吸附净化装置框架21构成，净化装置框架21内装有吸附剂22，吸附剂22为活性炭，吸附净化装置框架21外表面光滑，吸附过程产生的热量通过自然对流带走。

本实施例的固态风扇3均采用正电晕放电形成的离子风，负电晕产生的离子风由于其含有较大浓度的臭氧，而臭氧的氧化性不利于文物的储藏，因此需要避免，所以本系统中全部采用正电晕放电。

本实施例结构简单，尤其是吸附净化装置结构简单，易于制造，适合用于热量产生较小的场合。

实施例2

本实施例的固态风扇耦合吸附净化的小型文物环境空气洁净系统除了固态风扇的结构以外，其余结构均与实施例1相同。

如图4所示，本实施例中固态风扇3的结构为针-管式结构，针状的放电电极6作为固态风扇3的放电极固定在集电极筒8一侧的极电极框架7上，针状放电电极根部直径5mm，针状放电电极的针头指向集电极筒内且方向与集电极筒的中心轴平行。针状的放电电极6为钢针。针状的放电电极6通过导线5连接到驱动电源4的正极上，集电极筒8作为固态风扇的集电极通过导线5连接到驱动电源4的负极上，形成的离子风从针状放电电极6吹向集电极筒8。固态风扇3与风管9采用法兰连接。为了安全，集电极筒8的内表面为铝合金，外表面使用橡胶绝缘，极电极框架7与集电极筒8连接的部分使用橡胶绝缘。

本实施例由于使用针状的放电电极，因此起晕电压可以更低，更易于实现电晕放电，同时针状电极能通过调整针的朝向更好的实现对产生的离子风气流流向的控制。

实施例3

本实施例的固态风扇耦合吸附净化的小型文物环境空气洁净系统除了固态风扇的结构以外，其余结构均与实施例1相同。

如图5所示，本实施例中固态风扇3的结构为多针-管式结构，采用多个针状放电电极6作为放电极，多个金属针排列形成的电极组固定在电极框架7上，然后通过导线5连接到驱动电源4的正极上，集电极筒8作为固态风扇的集电极通过导线5连接到驱动电源4的负极上，形成的离子风从针状放电电极6吹向集电极筒8。固态风扇3与风管9采用法兰连接。为了安全，集电极筒8的内表面为铝合金，外表面使用橡胶绝缘，极电极框架7与集电极筒8连接的部分使用橡胶绝缘，保证两个电极之间为断路。

本实施例中针状放电电极的数量有所增加，因此输送的风量也得到了有效的提高，通过调整针状放电电极的数量，可以方便的得到不同送风量的固态风扇。

实施例4

本实施例的固态风扇耦合吸附净化的小型文物环境空气洁净系统除了固态风扇的结构以外，其余结构均与实施例1相同。

如图6所示，本实施例中固态风扇3的结构为多针-管式结构，采用多个针状放电电极作为放电极，多个金属针位于集电极筒8一端内侧环状凸台上。然后通过导线5连接到驱动电源4的正极上，集电极筒8作为固态风扇3的集电极通过导线5连接到驱动电源4的负极上，形成的离子风从针状放电电极6吹向集电极筒8。固态风扇3与风管9采用法兰连接。为了安全，集电极筒8的内表面为铝合金，外表面使用橡胶绝缘，极电极框架7与集电极筒8连接的部分使用橡胶绝缘，保证两个电极之间为断路。

本实施例的固态风扇，可以有效消除横跨集电极筒一端的电极框架对气流的阻碍，同时，可以增大近壁面的气体流速，使风管同一圆截面上的气体流速分布的更加均匀。

实施例5

本实施例的固态风扇耦合吸附净化的小型文物环境空气洁净系统除了吸附净化装置的结构以外，其余结构均与实施例1相同。

如图7所示，本实施例中吸附净化装置框架21的外表面增加了环状肋片23，吸附净化装置框架21的内部存放吸附剂22，吸附剂使用活性炭。

本实施例由于在吸附净化装置外表面增加了肋片，大大增加了对流换热的有效面积，有利于吸附剂的散热，相比于实施例1中的吸附净化装置，该装置适应吸附热更多的场合。

实施例6

本实施例的固态风扇耦合吸附净化的小型文物环境空气洁净系统除了吸附净化装置的结构以外，其余结构都与实施例1相同。

如图8所示，本实施例中吸附净化装置框架21为圆环形，内圆环与外圆环之间放置吸附剂22，吸附剂使用活性炭，内圆环内侧与外圆环外侧为对流换热区。

本实施例中吸附净化装置的结构增大了换热的面积，缓解了吸附剂中心处散热不佳的问题。

实施例7

本实施例的固态风扇耦合吸附净化的小型文物环境空气洁净系统除了吸附净化装置的结构以外，其余结构都与实施例1相同。

如图9所示，本实施例中吸附净化装置框架21为蛇型管式，吸附剂22放置于蛇型管内，吸附剂为可压缩型，蛇型管两端与风管9通过法兰连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。