一种电强化空气过滤装置

1.本实用新型涉及室内空气净化设备技术，特别是涉及一种电强化空气过滤装置。


背景技术：

2.我国室外大气颗粒物污染依然严重，室外颗粒物通过建筑围护结构和通风系统进入室内，导致室内颗粒物污染。目前在民用空调系统中最常用的颗粒物去除方式是机械过滤和静电除尘，其中以机械过滤为主。粗效到中高效过滤器为风机带来的能耗占风机总能耗的10％到50％，以公共建筑为例，其风机能耗占建筑总能耗的20～30％。按2018年我国公共建筑运行能耗计算，其中机械过滤带来的运行能耗可高达0.7～5千万吨标煤，节能潜力巨大。因此发展低阻力、高过滤效率和大容尘量的空气颗粒物过滤技术，对改善建筑室内空气质量和节能减排均具有重要意义。
3.常见的室内颗粒物低阻高效过滤技术包括：(1)纳米纤维过滤、(2)驻极体纤维过滤、(3)持续极化滤网、(4)持续预荷电颗粒物和(5)持续极化滤网同时预荷电颗粒物。其中：(1)纳米纤维的孔径小，主要依靠表层过滤，在使用过程中容易因为堵塞而导致阻力快速上升，容尘量和寿命较短。(2)驻极体纤维表面的电荷是一次性注入的，随着表面电荷在空气中或使用过程中的衰减，过滤效率也呈现出衰减的状况，因此使用寿命较短，也不易于循环使用。分别(3)持续极化滤网和(4)持续预荷电颗粒物，相比(5)持续极化滤网同时预荷电颗粒物，颗粒物和纤维之间的静电力小，性能与(5)持续极化滤网同时预荷电颗粒物存在较大差距。
4.针对第(5)类技术：持续极化滤网同时预荷电颗粒物，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。但由于该技术采用的线
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板式放电，容易因放电丝氧化或积灰而导致过滤效率降低或产生大量臭氧；且颗粒物预荷电区和纤维极化区采用同一电源调控，难以实现二者均达到最优工况；且装置中采用不同材质的粗效滤网，过滤效率差异大，过滤效率存在较大的提升空间。
5.因此，亟需一种可以长期稳定实现低阻力和更高效率去除颗粒物的净化装置。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电强化空气过滤装置，以克服现有电强化空气过滤技术中有时会产生大量臭氧，效率较低且不稳定的缺点，本发明提供一种放电和极化电场稳定且可以独立调控的电强化空气过滤装置，实现长期稳定低阻力、高效率、大容尘量和低臭氧去除颗粒物。
7.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电强化空气过滤装置，所述装置包括：在绝缘风道内沿空气流动方向依次安装的圆孔金属板a、放电针、放电针支撑电路板、圆孔金属板b、金属网a、电强化过滤材料以及金属网b，在所述绝缘风道外设有电源a和电源b，所述圆孔金属板a与放电针、放电针支撑电路板与金属网a、金属网a与电强
化过滤材料之间均留有距离，所述放电针固定在放电针支撑电路板上，所述电强化过滤材料与金属网b贴合设置。
8.优选地，上述装置中，所述电源a的正极通过放电针支撑电路板内部的电路与放电针相连，电源a的接地极与圆孔金属板a、圆孔金属板b相连。
9.优选地，上述装置中，所述电源b的正极与金属网a相连，电源b的接地极与金属网b相连。
10.优选地，上述装置中，所述电源a为直流正电电源，其极性均为正，8～12kv输出，以保证可以发生电晕放电同时臭氧产生量少。
11.优选地，上述装置中，所述电源b为直流正电电源，其极性均为正，10～20kv输出，以避免空气击穿带来的电源短路。
12.优选地，上述装置中，所述圆孔金属板a和圆孔金属板b在中心位置开孔，开孔面积在50％到80％之间。
13.优选地，上述装置中，所述放电针材质为钨钢，长度为5～30mm，针尖位于圆孔金属板a和圆孔金属板b的中轴线上，针底固定并连接在放电针支撑电路板上，针尖距离圆孔金属板a中心点10mm。以确保放电均匀、稳定、强度合适，进而保证高过滤效率和低臭氧产生量。
14.优选地，上述装置中，所述放电针支撑电路板除与放电针底部接触点和连接电源a处外，都被绝缘层包裹。
15.优选地，上述装置中，所述放电针支撑电路板与圆孔金属板b之间的距离大于5mm，以避免放电针与圆孔金属板b之间发生放电或空气击穿现象。
16.优选地，上述装置中，所述圆孔金属板b与金属网a之间距离比金属网a和金属网b之间的距离远，以避免圆孔金属板b与金属网a之间发生空气击穿现象，导致电源短路。
17.优选地，上述装置中，所述金属网a和金属网b之间的距离比电强化过滤材料的厚度多10mm，以避免电强化过滤材料上静电积聚后与金属网a间发生放电。
18.优选地，上述装置中，所述电强化过滤材料的厚度为5～20mm，电强化过滤材料为聚多巴胺/粗效滤网材料，是在不导电的粗效滤网上原位生长聚多巴胺的材料。
19.本实用新型通过连接电源a正极的放电针与连接电源a接地极的圆孔金属板a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b正极的金属网a与连接电源b接地极的金属网b组成的纤维极化部分，形成电场，使置于其中的电强化过滤材料表面感应出电荷，并捕获带电颗粒物。由于采用钨钢针
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金属孔板放电，可以保证放电的强度和稳定性，使得不产生大量臭氧的同时使颗粒物充分荷电，促使达到稳定的高过滤效率；由于颗粒物预荷电部分和纤维极化部分采用独立的电源接线，且两个接正极(放电针和金属网a)之间采用了接地极的圆孔金属板b进行电屏蔽，使得放电和极化电场可以稳定地实现独立调控，并实现二者的最优工况，进一步提升装置的过滤效率。
20.有益效果
21.由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
22.本实用新型圆孔金属板a和放电针之间为颗粒物预荷电部分；金属网a与金属网b之间为纤维极化部分，且金属网a与金属网b之间需要采用电强化过滤材料。由颗粒物预荷
电和纤维极化这两个部分共同实现颗粒物过滤。该电强化过滤材料是基于粗效滤网原位生长聚多巴胺，阻力低，且可以实现大容尘量。而聚多巴胺由于具备较高的相对介电常数，使得该负载后的材料在极化电场中能够被感应出更多电荷，从而提升对荷电颗粒物的过滤效率。又由于原位生长的聚多巴胺材料使得纤维表面呈现出更加粗糙的结构，使得该电强化过滤材料得以实现更高的过滤效率。
23.本实用新型提供了一种低臭氧产生的，可以实现长期稳定低阻力、高效率、大容尘量去除颗粒物的电强化空气过滤装置。
附图说明
24.图1为本实用新型的结构示意图，其中，1—绝缘风道，2—圆孔金属板a，3—放电针，4—放电针支撑电路板，5—圆孔金属板b，6—金属网a，7—电强化过滤材料，8—金属网b，9—电源a，10—电源b。
25.图2为本实用新型过滤材料的制备工艺流程示意图。
26.图3为本实用新型负载聚多巴胺的粗效滤网和未负载的粗效滤网的装置对各粒径段的过滤效率图。
27.图4为本实用新型负载聚多巴胺的粗效滤网和未负载的粗效滤网的装置在不同迎面风速下的过滤效率图。
28.图5为本实用新型负载聚多巴胺的粗效滤网和未负载的粗效滤网的装置在不同迎面风速下的阻力图。
29.图6为本实用新型负载聚多巴胺的粗效滤网的装置在30天内长期运行中，对粒径为0.3、0.5和1微米的颗粒物过滤效率图。
具体实施方式
30.下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
31.实施例1
32.本实施例提供一种电强化空气过滤装置，如图1所示，包括：在绝缘风道1内沿空气流动方向(即图1中从空气进口方向到空气出口方向)依次安装圆孔金属板a 2、放电针3、放电针支撑电路板4、圆孔金属板b 5、金属网a 6、电强化过滤材料7以及金属网b 8，在绝缘风道1外设有电源a 9和电源b 10；其中，电源a 9的正极通过放电针支撑电路板4内部的电路与放电针3相连，电源a 9的接地极与圆孔金属板a 2、圆孔金属板b 5相连；电源b 10的正极与金属网a 6相连，电源b 10的接地极与金属网b 8相连。圆孔金属板a 2与放电针3、放电针支撑电路板4与金属网a 6、金属网a 6与电强化过滤材料7之间均留有距离。放电针3固定在放电针支撑电路板4上，且放电针支撑电路板4除与放电针3底部接触点和连接电源a 9处外，都被绝缘层包裹。电强化过滤材料7为在不导电的粗效滤网上原位生长聚多巴胺的材料。
33.本实施例采用厚度为8mm的有机玻璃圆管制作绝缘风道1，内径为50mm。
34.本实施例采用外径为50mm，内径为40mm的圆环状不锈钢片，厚度为1mm作为圆孔金属板a 2和圆孔金属板b 5，圆孔金属板a 2和圆孔金属板b 5在中心位置开孔，开孔面积为56％。放电针3材质为钨钢，长度为20mm，针尖位于圆孔金属板a 2和圆孔金属板b 5的中轴线上，针底固定并连接在放电针支撑电路板4上，针尖距离圆孔金属板a 2中心点10mm。以确保放电均匀、稳定、强度合适，进而保证高过滤效率和低臭氧产生量。
35.放电针支撑电路板4与圆孔金属板b 5之间的距离为10mm；圆孔金属板b 5与金属网a 6之间距离比金属网a 6和金属网b 8之间的距离远，以避免圆孔金属板b 5与金属网a 6之间发生空气击穿现象，导致电源短路；金属网a 6和金属网b 8之间的距离比电强化过滤材料7的厚度多10mm，以避免电强化过滤材料7上静电积聚后与金属网a 6间发生放电；电强化过滤材料7与金属网b8贴合设置，以尽可能及时导走电强化过滤材料7上的积聚静电。本实施例采用目数为10的铜网作为金属网a 6和金属网b 8，金属网a 6与圆孔金属板b 5之间距离为25mm，金属网a 6和金属网b 8之间的距离为20mm。
36.电源a9：本实施例采用+12kv输出的直流电源。
37.电源b10：本实施例采用+20kv输出的直流电源。
38.电强化过滤材料7的制备方法为：配置ph值为8.5，浓度为0.15mol/l的tris盐酸缓冲液60ml，加入0.9mmol多巴胺盐酸盐作为前驱体，搅拌混合均匀后，将粗效滤网(采用厚度为10mm，直径为50mm的圆形聚酯(pet)粗效滤网，其在1.2m/s迎面风速下阻力为21pa，克重为180g/m2)完全浸渍在多巴胺盐酸盐溶液中；用磁力搅拌器不断搅拌上述溶液，并确保粗效滤网始终完全浸渍在上述溶液中；持续搅拌24h后，将滤网取出用清水洗3次，用乙醇洗1次，在60℃烘箱中经过24小时烘干，得到电强化过滤材料7。
39.本实施例的运行过程为：将该空气过滤装置置于风道内或送风口处，使待过滤空气按从空气进口流入，从空气出口流出，再依次接通电源b 10和电源a 9，即可运行空气过滤模式。
40.本实施例效果的测试方法为：将该空气过滤装置安装在内径为50 mm的亚克力风道中，采用collision雾化器(bgi inc.)发生的氯化钾颗粒作为污染源颗粒在风道入口处投放，在装置上、下游分别对气流中颗粒物和臭氧进行采样，得到通过空气过滤装置前、后的颗粒物浓度和臭氧浓度，从而进一步计算出颗粒物过滤效率和臭氧产生量。其中采用光学粒子计数器(tsi aerotrak 9306)测试颗粒物浓度，用抽样检测仪(2b technology model 205)测试臭氧浓度。并用压差计(dwyer 475
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fm)测试装置前后的压力差，在风道出口处用多功能测试仪(flir extech 45158)记录空气温度、湿度和风速。
41.检测结果表明，在室温和迎面风速为0.4m/s的条件下对粒径为0.3微米的颗粒物的一次通过过滤效率高达99.6％；臭氧产生量小于1ppb，可忽略不计；阻力为11.5pa。相比于未负载聚多巴胺的粗效滤网，负载后的电强化过滤材料对各粒径段的效率提升显著(如图3所示)，在0.4～3.8m/s迎面风速下过滤效率提升显著(如图4所示)，但阻力却几乎没有增加(如图5所示)。在长达30天，每天连续运行8小时的长期运行中，对粒径为0.3、0.5和1微米的颗粒物平均过滤效率分别保持在98.6％、99.0％和99.8％(如图6所示)，长期运行的过滤效率高且稳定。
42.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、同等替换和改进等，均应包含在本实用新型
的保护范围之内。