一种静电集尘浮空器的制作方法

本实用新型涉及空气净化技术，特别是一种静电集尘浮空器。

背景技术：

雾霾作为一种新型的灾害性天气，对生态环境、经济建设、社会发展以及居民身体健康都带来了较大的危害。其组成非常复杂，包含数百种大气化学颗粒物质，但是其中对健康产生危害的主要是直径小于10微米的气溶胶粒子。

由于技术条件与安全性的限制，现在市面上的驱霾技术主要是指室内驱霾技术，即通过空气净化装置对室内空气中的污染颗粒进行清理，从而降低雾霾对人体健康的影响。按照其工作机理，室内驱霾技术又可以分为机械除尘、过滤除尘、洗涤除尘以及静电除尘等等。机械除尘依靠机械力将污染颗粒从气流中除去，其结构较为简单，设备和运行费用也比较低，如旋风分离器。但是这种方式的除尘效率不高，一般只在工业生产中运用。过滤除尘则利用滤料或者滤网对含尘气流进行过滤，如一般的空气过滤装置以及防尘口罩等等，其除尘效率一般可以达到90％至99％。然而该方法需要定期更换失效滤料或清理滤网，花费较大，所以并不适合长期大范围的雾霾清理工作。洗涤除尘采用液体洗涤含尘气体的方法，使得污染颗粒与液体或液膜碰撞而被俘获，并与气流分离，其效率可以达到80％至95％。但是清理过程中需要消耗较多的液体，运转费用较高，因此同样也不适用于大范围的雾霾清理工作。而静电除尘目前已经成为了一种成熟的除尘方法，在各种空气净化装置中都有着广泛的运用。与其他除尘方法相比，静电集尘具有气流阻力小，除尘效率高，适应范围广、无需特殊滤材等特点，因此在室外驱霾方面上具有一定的应用价值。

目前的室外驱霾方法屈指可数。有专家提出了一种室外雾霾的驱除方法，该方法通过在直升机下方悬挂一张清扫网，并通过直升机内部的水箱保持清扫网湿润，利用湿润的清扫网粘附雾霾颗粒，从而净化室外的空气质量。从基本原理而言，该方法是一种通过洗涤集尘和直升机控制技术结合而形成的驱霾技术。然而，先不论直升机内部水箱究竟能够存储多少吨水，就算能够保证水流的无限供应，每次直升机巡航本身也会消耗大量的燃油，并产生大气污染颗粒。所以该方法的经济性、实用性以及驱霾效果还需要进一步商榷。中航工业集团旗下的中航工业航宇公司研制了一款柔翼无人机，并在襄北试验基地试飞成功。该产品通过将盐、尿素等吸湿质粒安装在柔翼无人机机舱内，飞行到指定雾区，通过播撒吸湿质粒作催化剂从而夺取雾滴中的水分，以达到消除冷雾和暖雾的效果。但是这项技术只对雾霾中的雾滴有较好的效果，而对可吸入颗粒这种主要污染物的清除效果还有待考证。除此以外，还可以通过人工降雨的方式对雾霾进行清理，这种方式对气象要求较高，需要清理区域存在水分供应较多雨云，因此不能够长期使用。荷兰艺术家丹·罗斯格德和他的团队为北京的雾霾清理工作提供了一套称为“雾霾吸尘器”的方案，该方案将铜线圈埋在地下，在其上空形成静电场，吸附空气中的雾霾微粒，从而达到净化空气的效果。这种方案具有一定的可行性，然而却存在另一个问题。在该方案中，相当于人体需要生活在具有静电场的环境中。但是静电场本身对人体而言也是一种污染。如果人体长期在静电场内，有可能会使人感到焦躁不安、头痛、胸闷、呼吸困难、咳嗽等症状。其作用机理尚不明确，因此“雾霾吸尘器”这一方案能否实施还需要进一步地讨论。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种静电集尘浮空器，解决现有的室外驱霾技术存在的问题。

实现本实用新型目的的技术方案为：一种静电集尘浮空器，包括浮空球和吊舱，所述浮空球的表面安装有太阳能电池板和污染物吸附面，所述吊舱内部安装有太阳能充电控制器、锂电池、防雨控制开关、负离子发生器和STM32单片机模块；

所述太阳能电池板为太阳能充电控制器、防雨控制开关、负离子发生器、STM32单片机模块供电，同时给锂电池充电；

所述污染物吸附面安装在浮空球下表面；

所述太阳能充电控制器的蓄电池输出端与锂电池连接，负载输出端与防雨控制开关、STM32单片机模块、负离子发生器串联，根据需求调节电能供给，并控制负离子发生器产生负离子。

本实用新型与现有技术相比，其显著特点为：本实用新型浮空器的主体由浮空球与吊舱部分组成，其中负离子发生器能净化空气中的污染物，减少雾霾对身体的伤害；同时本浮空器节能环保，可以长距离控制，对日常生活没有不良影响，成本低，生产和使用均方便，适于大规模推广应用。

附图说明

图1是静电集尘浮空器示意图。

图2是吊舱内部结构图。

图3是集尘浮空系统整体示意图。

图4是负离子浓度随发射头距离变化曲线图。

图5是集尘工作流程示意图。

具体实施方式

一种静电集尘浮空器，包括浮空球1和吊舱2，所述浮空球1的表面安装有太阳能电池板3和污染物吸附面4，所述吊舱2内部安装有太阳能充电控制器5、锂电池6、防雨控制开关7、负离子发生器8和STM32单片机模块9；

所述太阳能电池板3为太阳能充电控制器5、防雨控制开关7、负离子发生器8、STM32单片机模块9供电，同时给锂电池6充电；

所述污染物吸附面4安装在浮空球1下表面；

所述太阳能充电控制器5的蓄电池输出端与锂电池6连接，负载输出端与防雨控制开关7、STM32单片机模块9、负离子发生器8串联，根据需求调节电能供给，并控制负离子发生器8产生负离子。

所述太阳能电池板3为半柔性，安装在浮空球1上表面。

所述STM32单片机模块9内含GSM短信模块10和继电器模块11，GSM短信模块10用于远程通信，继电器模块11用于控制负离子发生器8通断。

所述浮空球1的材料为PE。

所述污染物吸附面4的材料为尼龙和涤纶混合材质。

所述防雨控制开关7内部包含继电器和延时电路，外部连接雨感探头。

所述STM32单片机模块9用于远程控制静电集尘浮空器。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种静电集尘浮空器，由浮空球、吊舱构成，所述浮空球的表面安装有太阳能电池板和污染物吸附面，所述吊舱内部安装有太阳能充电控制器、锂电池、防雨控制开关、负离子发生器、STM32单片机模块，所述负离子发生器起到净化空气的作用，所述STM32单片机模块起到远距离控制的作用。

所述锂电池6位于吊舱2内底部左上部分，所述太阳能充电控制器5位于锂电池6正上方，所述STM32单片机模块9位于吊舱内左下方，包含GSM短信控制部分10及继电器部分11，所述负离子发生器8位于吊舱内右半部份，所述防雨控制开关7主体安装在吊舱2内侧壁，传感器部分安装在吊舱2外。

所述太阳能电池板3为半柔性，安装在浮空球1上表面，所述污染物吸附面4安装在浮空球1下表面。所述浮空球1的材料为PE，所述污染物吸附面4的材料为尼龙和涤纶混合材质。

所述STM32单片机模块内含的GSM短信模块，只要有手机信号的地方就可以对其进行短信控制，距离远，使用方便。

所述负离子发生器8将经由太阳能充电控制器5输入的直流电经EMI处理电路及雷击保护电路处理后，通过脉冲式电路、过压限流、高低压隔离等线路升为交流高压，然后通过特殊等级电子材料整流滤波后得到纯净的直流负高压，再通过碳纤维制作的释放尖端，产生高电晕，高速放出大量电子，而电子会马上被空气中的气体分子捕捉，从而生成负离子，负离子与空气中的污染物发生中和作用形成微团，一部分附着在污染物吸附面4上，一部分聚沉。

该空中集尘浮空系统整体示意图如图3所示，是一个无动力滞空平台。包括两大部分，第一个是给整个系统提供升力的浮空球部分，第二个是搭载控制、能源和工作设备的吊舱平台部分。

浮空球部分主体是一个以轻质的PE材料制作的气囊。以安全的稀有气体氦气冲入其中使之获得足够的升力，充盈之后呈橄榄球状。在囊体顶部设有太阳能电池板夹套，可固定太阳能电池板在其上部，同时从电池板上拉下电线用以给下方电子设备供电。囊体两侧偏下部各有四个拉绳套，总共八根固定线各从套中穿过并在下侧一定高度汇成一股，用以固定包括囊体在内的整个系统。囊体的最下侧有一块贴附吸附材料的区域，作为吸附面用以接受负离子与尘埃颗粒结合物的，当离子风从下往上吹来时能结合空气中的尘埃颗粒并到达囊体底部吸附在该面上。

平台部分用于搭载控制、工作和储能的设备，整体外观。其中包括：太阳能充电控制器5，防雨控制开关7，STM32103C8T6单片机模块9，一路光耦继电器模块，无人机用航空锂电池6，负离子发生器8。

太阳能充电控制器5用于根据需求调节电能供给。可以调节光控阈值电压，停充电压，浮充电压，欠压恢复电压，欠压保护电压。不同光照强度下，太阳能电池板3的实际电压也会不一样，通过设置光控阈值电压，可以进行白天和夜晚工作状态的转化。停充电压就是电池充满电的最终电压，通过调节它可以防止电池过度充电，防止电池损坏。浮充电压主要用于在电池充满电后的时间中补充电池由于自放电带来的能量损失，维持电池的正常电压。欠压保护电压是用于保护蓄电池过度放电的：当负载接上之后蓄电池的电压低于所设定的欠压保护电压时，控制器将关闭负载，保护蓄电池。在蓄电池欠压保护后，当电池电压高于所调节的欠压保护电压之后，控制器将重新开启负载。控制器共有四对外部连接口，一对是太阳能电池板输入端，接太阳能电池正负两极；剩下三对分别接蓄电池正负极接线负载和以USB形式连接的负载。当光照充足时，太阳能电池板同时给蓄电池充电和给负载负离子发生器供电；当光照不足时，就由蓄电池给负载供电，如此便可实现其相对不间断的工作，增加除尘效率。使用时根据不同的地区光照条件，配件情况，和不同的使用者意愿设置相关参数。

直流12V防雨控制开关7，内部包含有继电器，延时电路等，三线制连接串联在供电电路上。外伸出一根线连接雨感探头，此探头需放在离电整个电路和负载较近的地方，以方便感应是否下雨以及是否威胁到电路，从而保证下雨时能自动断开负载电路保护器件。而包含继电器等的部分不防水，需放在吊舱内部。

因为飞艇在空中距操控者有一定的距离所以需要远程控制的模块，而TM32103C8T6单片机集成模块就是这样一个可进行远程调控的模块，它的工作环境温度为-30～65℃。该开发板带有SIM800C模块并接出一根天线，用于GSM短信通信。在板上的卡槽里插入一张电话卡，即可通过发送短信到该号码上来远程输入指令。因为是通过全球移动网络进行通讯的，所以没有像使用蓝牙、WIFI通讯的那种距离限制。

一路光耦继电器模块是配合上述单片机使用的。使用时，该继电器模块的开关端应串联接入工作负载所在的电路，分常开和常闭两种接法，而控制端的5V、触发信号和GND线分别接单片机上两个输出引脚和地线端。在单片机接收到控制端发送来的短信并处理后可通断该继电器，在需要时控制者能够在很远就控制电路的通断，避免了不必要的麻烦。

锂电池采用8000mAH轻质航模用锂电池。一方面储存一定的电能为光照条件差的时候准备储能；另一方面，因为太阳能电池板工作时输出电压受光照影响较大，无法保持相对恒定的电压输出，所以采取先把电能充进蓄电池，在到达一定电压值之后由太阳能电池板控制器控制输出的方法保证负载电压相对稳定。本系统可用太阳能同时给电池充电和给负载供电。

负离子发生器8是该系统实现功能的主要工作装置，直流12V供电，通过碳纤维头向外发射负离子。负离子浓度在0.35m处可达每立方厘米2000万个，如图4所示。串联在控制电路里，假设连接方式是常开式，当继电器开关闭合时，负离子发生器接通电源，蓝色指示灯亮，开始工作，发出人耳可听见的微弱“吱吱”声。

使用时，由充盈氦气的浮空球1带起吊舱2，上升到一定高度进行工作。工作流程如图5所示。在光照充足时，太阳能电池板3接受光能并转化为电能，通过太阳能充电控制器5的控制，从锂电池输出端，输入到锂电池中；同时在满足太阳能充电控制器所调整的情况下，且若两串联的开关都处于连通状态，则电池同时从负载输出端给负离子发生器8供电，从而实现释放负离子的功能。负离子释放后可与空气中的PM2.5颗粒结合而聚沉或者吸附在浮空球囊表面的特殊材料上。太阳能充电控制器各部分参数的调节可按照使用地区、气候条件的不同而依情况设定，例如设定光控阈值电压使电池板在晚上停止工作，可在傍晚测定当时光照对应的太阳能电池板电压，将其设置为光控阈值电压即可。若锂电池没有自带的保护装置，则需设定停充停充电压停充电压，虽然现在大多数的充电电池都具有保护板，但仍然建议更换电池后按照电池最大电压设定。为了保证所有负载在额定功率工作，不会因为电池能量使用而降压，需要设置浮充电压等于设备工作额定电压以维持正常效率工作。