一种基于金属泡沫的空气过滤装置的制作方法

本发明涉及一种基于金属泡沫的空气过滤装置，属于室内空气净化设备技术领域。

背景技术：

近年来雾霾天气在我国各地频繁发生，室内空气颗粒物污染问题受到我国和许多发展中国家重视。已有大量研究表明颗粒物对人体健康会产生很多负面影响，甚至威胁人的生命。为减少由通风引入室内的颗粒物污染，公共建筑中往往在新风系统中加入颗粒物高效过滤装置。然而我国公共建筑全年能耗中，暖通空调系统占50～60％，新风系统又占暖通空调系统的20～30％。因此降低颗粒物高效过滤装置的阻力是提高暖通空调系统能效有效方法。因此，实际应用中不仅需要高效率，还需要低阻力的颗粒物去除技术，以实现在保障人们健康的同时，降低建筑能耗。

常见的室内颗粒物低阻高效净化技术包括：静电除尘、驻极体空气过滤和载电型驻极体空气过滤。静电除尘器由于具有易产生大量臭氧(主要是因为现有静电除尘器的除尘版需要垂直于流向方向的强偏转电场，存在放电击穿现象，从而产生大量臭氧)、体积庞大、容尘量小等缺点，在民用建筑室内净化中具有一定的局限性。近年出现的驻极体空气过滤器和载电型驻极体空气过滤器，使用一段时间后则均会出现效率下降的现象。其中，对于驻极体空气过滤器，这是由于驻极体表面产生的电荷并不具有永久特性，会受环境湿度和空气中本身具有的带电离子影响而流失；对于载电型驻极体空气过滤器，则是由于“静电积聚”效应，使之后的荷电颗粒物更难被集尘板捕集，因此必须时常清洗以保持净化效率。而对于上述两类过滤器，其内集尘通道细窄狭长，装置体积庞大，给安装、维护和清洗造成了一定困难。

除上述技术外，近来有人提出了一种采用粗效滤网进行静电增强过滤颗粒物的净化技术，可以长期稳定实现低阻高效去除室内颗粒物。该技术建立在普通粗效过滤器基础上，通过连接接地极的带孔金属板与连接电源正极的金属放电丝组成的颗粒物预荷电部分，将颗粒物带上正电；通过连接电源正极的金属放电丝与连接接地极的金属网组成的滤网极化部分，将滤网产生极化，使得滤网纤维表面出现正负电荷的分离。从而进一步使带电颗粒物被极化滤网捕获。根据对该装置的长期实验结果，由于该技术采用钼丝或钨丝进行放电，一方面放电丝容易氧化生锈甚至断裂导致产生大量臭氧甚至装置失效；另一方面由于放电丝放电表面积较大，容易积灰而引起过滤效率降低或产生大量臭氧。又由于该技术采用普通粗效滤网，清洗后内部纤维结构会遭到破坏，也会导致阻力增大和静电增强过滤效率下降等现象出现，使得滤网必须不断更新，造成资源浪费。

因此，亟需一种能清洗后反复利用的、产生臭氧低的，同时可以长期稳定实现低阻高效去除颗粒物的净化装置。

技术实现要素：

为了克服现有静电增强过滤技术中使用一段时间后会效率降低或产生大量臭氧，滤网无法清洗后再利用等缺点，本发明提供一种基于金属泡沫的空气过滤装置，该装置通过不锈钢针放电对颗粒物预荷电，同时采用金属泡沫集尘，实现长期稳定低阻力高效去除颗粒物的同时臭氧产生量低，且清洗后可重复利用。

为实现上述目的，本发明的目的主要通过如下技术方案实现：

一种基于金属泡沫的空气过滤装置，其特征在于，包括：在可开启绝缘外壳(2)流道区域内沿空气流动方向依次安装的放电针阵列板(4)、带孔金属板(5)、上游金属网(6)、金属泡沫(8)以及下游金属网(9)，在所述可开启绝缘外壳(2)的非流道区域设有第一电源(1)和第二电源(3)；可开启绝缘外壳(2)的流道区域且垂直于空气流动方向为开敞端；其中，第一电源(1)的正极与放电针阵列板(4)相连，第一电源(1)的接地极与带孔金属板(5)相连；第二电源(3)的正极与上游金属网(6)相连，第二电源(3)的接地极与下游金属网(9)相连；所述放电针阵列板(4)与带孔金属板(5)、带孔金属板(5)与上游金属网(6)、上游金属网(6)与金属泡沫(8)之间均留有距离，金属泡沫(8)与下游金属网(9)贴合设置；金属泡沫(8)通过固定部(7)与可开启绝缘外壳(2)可拆卸连接。

所述第一电源(1)和第二电源(3)为直流正电电源，且极性均为正。

所述放电针阵列板(4)由沿垂直于空气流动方向间隔30～60mm均匀排布的若干条水平向金属钢条和其上支撑的间隔30～60mm均匀排布的多个不锈钢针组成。

所述放电针阵列板(4)的每根不锈钢针与带孔金属板(5)上的孔一一对应，且不锈钢针的针尖位于所对应的圆孔中轴线上。

所述放电针阵列板(4)的金属钢条与带孔金属板(5)之间留有的距离比不锈钢针的长度长5～15mm；所述带孔金属板(5)与上游金属网(6)之间留有距离的距离为15～30mm；所述上游金属网(6)与下游金属网(9)之间留有距离的距离为15～30mm且至少比金属泡沫(8)的厚度长10mm。

所述金属泡沫(7)为单层，厚度为5～20mm之间，孔径在20～90ppi之间，孔隙率在75％以上，该金属泡沫内的孔隙之间相互连通。

本发明的特点及有益效果在于：

本发明装置在金属泡沫的基础上，通过连接电源正极的放电针阵列板与连接接地极的带孔金属板组成的颗粒物预荷电部分，将颗粒物带上正电；通过连接另一电源正极的上游金属网与连接接地极的下游金属网组成的集尘部分，形成电场，从而使带电颗粒物更易被金属泡沫捕获。由于采用不锈钢针进行放电，放电极既不会生锈，也不会积累灰尘，能够长期保持对颗粒物的有效荷电(即整体装置的高效率)并保持低臭氧产生量。由于采用金属泡沫孔隙率低，孔径大，该空气过滤装置在实现高效的同时，阻力很低，容尘量大，并且使用过程中不会出现“静电积聚”的现象。同时由于金属泡沫具有较好的强度，使用一段时间后进行清洗，不会导致内部结构遭破坏和由此带来的效率下降。可开启的绝缘外壳及金属泡沫固定部可用于安装和拆卸金属泡沫，从而实现本装置的循环使用。

除此之外，相比普通的静电除尘器，由于集尘部分为较为致密的多孔金属泡沫，集尘面积大大增加，因此对颗粒物的荷电量要求降低，前端放电电压可相应减小，进而避免产生大量臭氧；同时由于不需要普通静电除尘器集尘板垂直于流向方向的强偏转电场，避免了放电击穿的现象，同时也避免了臭氧的产生。

综上所述，本发明结构简单，提供了一种低臭氧产生的，可以长期实现低阻、高效去除室内颗粒物的方式，且能够实现清洗后重复利用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为沿着图1中c-c线的示意图；

图3为沿着图1中d-d线的示意图；

图4为单个放电针及其对应的金属板孔的剖面示意图；

图中：1—第一电源，2—可开启绝缘外壳，3—第二电源，4—放电针阵列板，5—带孔金属板，6—上游金属网，7—固定部，8—金属泡沫，9—下游金属网。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行进一步说明。

本发明提出的一种基于金属泡沫的空气过滤装置，整体结构如图1所示，该装置包括：布设在可开启绝缘外壳2流道区域内的放电针阵列板4、带孔金属板5、上游金属网6、泡沫金属8以及下游金属网9，在该绝缘外壳2非流道区域设有第一电源1和第二电源3，可开启绝缘外壳2的流道区域且垂直于空气流动方向为开敞端；其中，第一电源1的正极与放电针阵列板4相连，第一电源1的接地极与带孔金属板5相连；第二电源3的正极与上游金属网6相连，第二电源3的接地极与下游金属网9相连；在流道区域内沿空气流动方向(即图1中所示从a到b方向)依次安装放电针阵列板4、带孔金属板5、上游金属网6、泡沫金属8以及下游金属网9；放电针阵列板4与带孔金属板5、带孔金属板5与上游金属网6、上游金属网6与金属泡沫8之间均留有距离，金属泡沫8与下游金属网9贴合设置；金属泡沫8通过固定部7与绝缘外壳2可拆卸连接，固定部7用于安装和拆卸金属泡沫8。

本发明各部件的具体实施方式及功能如下：

该空气过滤装置的空气流道(除进风口a、出风口b外)及第一电源1和第二电源3均由绝缘外壳2包装。绝缘外壳2可开启，方便检修装置以及更换金属泡沫，可开启部分采用硅橡胶条进行密封，并用螺丝拧紧。本实施例采用厚度为8mm的有机玻璃作为绝缘外壳材料。空气流道截面尺寸为0.24m×0.16m。

本空气过滤装置中的第一电源1和第二电源3均采用直流正电电源，且极性为正，以减少臭氧产生。其中，第一电源1：选用直流正电电源，+7～+15kv输出，以保证可以发生电晕放电同时臭氧产生量少，本实施例采用+12kv输出的直流电源；第二电源3：选用直流正电电源，+5～+15kv输出，以避免空气击穿带来的电源短路，本实施例采用+6kv输出的直流电源。

放电针阵列板4：该放电针阵列板由沿垂直于空气流动方向间隔30～60mm均匀排布的若干条水平向金属钢条和其上支撑的间隔30～60mm均匀排布的不锈钢针组成。每条金属钢条长度与空气流道的长或宽相同，宽度不超过10mm，厚度不超过3mm；金属钢条除与不锈钢针接触点外，都涂敷绝缘涂层，以避免金属钢条处发生放电。每根不锈钢针与带孔金属板5上的圆孔一一对应，针长度为10～30mm，针尖位于所对应的圆孔中轴线上，不锈钢针非针尖端支撑在金属钢条上。本实施例采用4根长、宽、厚分别为240mm、6mm、2mm的不锈钢条，各金属钢条均垂直空气流道的长为0.16m的边均匀布置，并由一根导线串联；每条金属钢条上沿其长度方向均匀支撑6根长度为20mm的不锈钢针；即整个放电针阵列板上，同行或同列相邻不锈钢针距离40mm，靠近绝缘外壳2内壁的一列不锈钢针与该绝缘外壳内壁的距离20mm，如图2。

带孔金属板5：该带孔金属板的厚度不超过2mm，选用不锈钢材料制成，金属板上的圆孔均匀分布，开孔直径为20～40mm，且每个孔与放电针阵列板4上的其中一个不锈钢针对应，开孔边缘设有30～60度的倒角。本实施例采用厚度为1mm的不锈钢板，开圆孔孔直径为30mm，且开孔边缘有45度的倒角，如图3和图4。带孔金属板5所在平面与放电针阵列板4的金属钢条所在平面距离为30mm，带孔金属板5所在平面与上游金属网6所在平面距离为20mm。

上游金属网6：选用不锈钢材料制成，目数不超过18，厚度不超过2mm。本实施例采用8目的不锈钢丝网，厚度为1mm。

金属泡沫7：选用阻力较低的金属泡沫，厚度为5～20mm之间，迎面风速为1m/s的情况下，金属泡沫阻力小于20pa，孔径在20～90ppi之间，孔隙率在75％以上，该金属泡沫内的孔隙之间基本相互连通，通孔率在98％以上。该金属泡沫采用如下材料中的一种或多种制成：铁、钴、镍、锌、铜。本实施例采用泡沫铁，厚度为8mm，孔隙率为25ppi。

固定部8：选用绝缘的块体框状材料制成，固定在绝缘外壳1侧壁上。本实施例采用2块外截面尺寸为0.24m×0.16m、内截面尺寸为0.20×0.12m、厚度为5mm的矩形有机玻璃框架作为滤网的固定部8，将金属泡沫7及下游金属网9夹紧在两框架之间。

下游金属网9：选用不锈钢材料制成，目数不超过18，厚度不超过2mm。本实施例采用8目的不锈钢丝网，厚度为1mm。上游金属网6所在平面与下游金属网9所在平面距离为20mm。

本发明所述空气过滤装置中，放电针阵列板4与带孔金属板5之间为颗粒物预荷电部分，上游金属网6与下游金属网9之间为集尘部分，由这两个部分共同实现颗粒物过滤。放电针阵列板4的金属钢条与带孔金属板5之间留有的距离比不锈钢针的长度长5～15mm：不小于5mm以避免空气击穿带来的电源短路，不大于15mm以保证较多的离子产生数量使得放电充分进行。带孔金属板5与上游金属网6的距离为15～30mm：不小于15mm以避免上游金属网与带孔金属板间空气击穿带来的电源短路，不大于30mm以节约过滤装置空间；上游金属网6与下游金属网9之间留有距离的距离为15～30mm且至少比金属泡沫8的厚度多10mm：不小于15mm及至少比泡沫金属8的厚度多10mm以避免空气击穿带来的电源短路，不大于30mm以保持较高的极化集尘电场强度，进而保证装置的过滤效率。

本实施例的运行过程为：将该空气过滤装置置于新风系统的风道内或送风口处，使待过滤空气按从a到b的方向通过，再接通第一电源1和第二电源3，即可运行空气过滤模式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、同等替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。