专利名称：利用风水掺混机理的空气净化方法
利用风水掺混机理的空气净化方法本发明提出了一种利用多股汇聚喷水射流循环系统和同方向空气流 动系统在混合管内的高速掺混机制用以捕集空气中漂浮杂质的空气净化 方法，属于环保领域。空气净化是采取适当的方法将空气中掺杂的飘浮杂质，如粉尘、微 生物、油雾、漆雾、烟雾等捕集使之从空气中脱离从而恢复空气洁净度的 处理过程。空气净化是环境保护的重要内容，与人们的生活和健康息息相 关，在很多工业和科研领域中空气的净化程度也关系产品质量和科研生产 的可靠性。所以空气净化技术的研究也倍受重视。已有的空气净化技术种类很多，按照对飘浮杂质捕集方式的不同通 常分为机械过滤，静电吸附，水浴洗涤和水雾喷淋净化等不同类别。各种 捕集方式各有优缺点。机械过滤技术有采用惯性分离原理的旋风分离器和迷宫分离室，也 有采用介质阻挡过滤原理的布袋过滤除尘和滤芯净化等。机械过滤净化器 优点是结构简单，安装方便所以应用面广，缺点是净化精度不高，不能净 化细小颗粒和油雾等污染物。而且，净化精度与设备阻力成正比。为提高 净化质量必须克服较大过滤机械和机械阻力，要求风机具有较高风压和较 高功率。所以，机械过滤式空气净化器存在能耗高和净化效率低的问题。静电吸附净化器相比机械过滤净化器阻力小，能耗小，处理量大， 广泛用于大型锅炉燃烧废气的降尘，也用于油烟净化。但它有三个缺点， 一是经过静电极板时的风速不能太高，否则影响净化效率，所以静电净化设备通常截面积和体积非常大；二是设备维护清理工作繁重。特别是油烟 净化机的极板清理尤其困难；三是工作不稳定，极板一旦被污染物积累和 覆盖，净化效率会明显下降；另外，静电净化技术用于油烟处理时要特别 注意防火防爆。静电吸附净化器主要是存在日常维护清理的问题、平稳运 行的问题和安全运行的问题水浴洗涤净化器是将空气通入水中，亲水的空气杂质和固体杂质置 换到水里。但水中气泡的体积阻碍了气液两相物质的接触，对不亲水杂质 基本无效。只能作为高浓度含尘空气的初过滤。水雾喷淋净化是将水喷成雾状降落，空气自下往上与降落的水滴相 向运动。优点是净化精度高，对亲水杂质吸附效果好，通常用于化工流程 中，如喷淋吸收塔等。缺点是相对速度不能高，设备庞大复杂难以应用于 一般用途的空气净化。以上几种净化器虽然捕集方式各有不同，但它们仍然有一个共同的 性质(缺点)，就是空气的净化捕集方式都或多或少的对空气流动施加了 阻力或者通过扩张体积限制了流速。这无疑与我们高效率净化空气的愿望 相违背，本发明的目的是提出一种利用多股汇聚喷水射流循环系统和同方向 空气流动系统在混合管内的高速掺混机制捕集空气中漂浮杂质的空气净 化方法。水射流方向和空气流动方向一致是它有别于其他已有技术空气净 化器的一个重要特点。它表现为流体速度越快，传质传能反应强度越高， 净化效果越好。这与我们追求高效高速处理的愿望相一致。本发明所提出的空气净化方法对比已有技术的空气净化方法有以下 几方面优点1) 能耗小。由于气流速度与净化效率不矛盾，本发明的空气净化方 法中空气流动系统通道畅通，甚至有水射流的同方向流动起到了进一步降 低空气流动阻力的作用。本发明的能耗由于内部阻力很小，在同等空气处 理量条件下，能耗值低于其他空气净化方法。2) 体积小。由于气流速度与净化效率不矛盾，净化装置内部空气流 速高于其他已有的空气净化方法。本发明的装置，在空气处理量和净化效 率相同时，体积明显减小。3) 捕集内容广泛，净化效率高。水是很好的捕集介质，除不溶于水 的气体以外，漂浮在空气中的固体颗粒和液体颗粒，无论油性和水性分子 集团也无论颗粒大小均能高效捕集。水中加入一定量的消毒剂，可消毒净 化空气。4) 装置运行平稳。水介质对污染介质的涵纳能力高于其他介质，长 时间使用不会增加空气阻力，系统参数始终稳定。5) 日常维护简便。定时换水是仅有的日常工作，水的处理参照其他 污水的处理方法或依有关标准。本发明所提出的空气净化方法中包括开环的空气运行系统和闭环的 水循环运行系统。两个运行系统被安置在一个壳体容器当中，两相流动运 行系统的同向掺混和分离是在混合管空间和壳体空间完成的。空气中漂浮 的固体和液体颗粒以及部分可溶于水的化学气体杂质留在了水中，分离后 的净化空气从出风口排向大气。水射流和空气流动在混合管内都是主动射 流运动，不同于喷射器有主从射流之分，本发明的空气净化方法的核心部 件混合管及两相流掺混机制是以净化空气为目的的专用设计。为加强水的捕集力度，需要水流分解成更多更细小的水颗粒，本发明特殊设计了多孔汇聚喷水嘴，多股较细的喷水射流比单股较粗水射流更 容易分解，加之多股喷水射流在平行管段和扩散管段交界处附近汇聚碰 撞，更加强化了水射流的分解机制，有利于形成捕集能力极强的水气分布 均匀的所谓泡沫射流。汇聚点设计在平行管段和扩散管段交界处附近是因 为，如果汇聚点提前会由于空间狭小而使更多水滴过早触壁而影响捕集能 力，如果汇聚点拖后会因为汇聚后形成的泡沫射流射程变短而同样会削弱 捕集能力。混合管是流动空气和流动的水充分掺混的重要场所，特别将它设计 成四段，即收縮入口段、平行管段、扩散管段和弯管段，每一段有各自的 主要作用。收縮入口段方便吸纳空气并加速之，入口段形状也与多股水流 向心汇聚角度相吻合；平行管段提供了一段狭小空间， 一定速度的水流在 紊动扩散作用下加之两相流之间速度差的撕裂效应，水流由连续流变成分 散的液滴流。在混合管平行管段，通常空气流速远高于水流流速，这也是 与流体喷射泵的主要区别之一；扩散管段提供了扩大的空间环境，空气流 必然产生紊流场，本发明设计的多股水流汇聚点恰在扩散段初始端，以各 自汇聚角度射来的液滴流在此处碰撞进一步分化液滴，同时在空气紊动场 的搅动下与气流充分掺混，合成为一股水气分布均匀的所谓泡沫射流；弯 管段与扩散管末端切面过渡因而对流体产生的阻力最小，弯管段为泡沫射 流提供了切向贴壁滑行的运动场所，在惯性作用下水连同被捕集的杂质贴 壁滑行重新凝聚成水流流出混合管并落入水池，净化的空气则从泡沫中溢 出离开混合管。为保证水循环运行系统正常工作，容器底部设有颗粒物过滤器，以 避免较大颗粒物进入水泵和喷水嘴。附图
是采用本发明方法的安装7^支棍^t^气净化器实施倒的 示意图。下面结合附图进一步说明本发明的空气净化方法的工作过程。本发明的净化方法中有空气运行系统和水循环运行系统两个系统同 时工作。空气运行系统由进风口 (1)、供风管道(2)、混合管收縮入口段(3)、 混合管平行管段(4)、混合管扩散管段(5)、混合管弯管段(6)、壳体容 器(12)和出风口 (7)等组成，进风口 (1)和出风口 (7)至少有一个 是安装了风机的动力口。壳体容器(12)不仅是安装空气运行系统和多股 水射流循环系统的密闭壳体，也是循环水的水容器。混合管及空气运行系 统位于水面之上。水循环运行系统由容器底部的循环水(8)、水泵(9)、高压水管路 (10)、多孔汇聚喷水嘴(11)、水体颗粒过滤器(13)以及与空气系统共 用的混合管(3、 4、 5、 6)等组成。空气运行系统工作的简要过程是外部空气在风机作用下由进风口 (1)通过供风管路(2)送至混合管的收缩段入口 (3)，适度加速后通过 混合管的平行管段(4)进入混合管的扩散管段(5)，由于空间扩张变化 形成紊流区，在此段与多股汇聚喷水射流形成捕集力极强的所谓泡沫射 流，泡沫射流在通过混合管的弯管段(6)时由于惯性力的作用而贴壁滑 行，空气脱去杂质从泡沫中溢出，净化空气在液面上方进一步脱水后从出 风口排出。水循环运行系统工作的简要过程是壳体容器(12)底部水池中的 循环水(8)经水泵(9)加压通过高压水管路(10)送至多孔汇聚式喷水 嘴(11)，喷水嘴喷出的多股汇聚喷水射流与空气流一同通过混合管收縮段,水流在平行管设与空气摩擦分解成由细小水滴组成 的所谓液滴流。多股液滴射流在平行管段和扩散管段交界处附近交叉汇聚 碰撞，加之空气紊流区特殊流态，使得混合反应达到高潮，水流被撕成雾 滴和空气掺混形成一股气液分布均匀的泡沫状射流，在弯管段具有很高速 度的泡沫射流被甩向管壁，水连同杂质重新恢复为液体形态流回容器底部的水池中。不溶于水的净化空气溢出。水经水体颗粒过滤器(13)过滤后循环使用。
权利要求
1.一种利用风水运动掺混机理的空气净化方法，其特征是利用多股汇聚喷水射流循环运行系统和同方向空气流动系统在混合管内的高速掺混机制捕集空气中的漂浮杂质。
2. 根据权利要求1所述的风水运动掺混机理的空气净化方法，其特征 是多股汇聚喷水射流循环运行系统由水泵(9)、高压水管(10)、 多股汇聚式喷水嘴(11)、与空气进行掺混的混合管(3、 4、 5、 6)、 壳体容器(12)底部的循环水(8)和颗粒物过滤器(13)组成。
3. 根据权利要求1所述的风水运动掺混机理的空气净化方法，其特征 是负责将外部空气引入和排出的同方向空气流动系统由进风口(1)、供风管路(2)、与多股汇聚水射流进行掺混的混合管(3、 4、 5、 6)、壳体容器(12)和出风口 (7)组成，其中进风口 (1)和 出风口 (7)至少有一个是装有风机的动力口。
4. 根据权利要求1所述的风水运动掺混机理的空气净化方法，其特征 是空气流和水流在混合管内都是主动射流。
5. 根据权利要求1所述的风水运动掺混机理的空气净化方法，其特征 是作为两相流掺混主要区域的混合管由收縮入口段(3)、平行管段(4)、扩散管段(5)和弯管段(6)前后连接组成。
6. 根据权利要求1所述的风水运动掺混机理的空气净化方法，其特征 是多股汇聚喷水射流循环运行系统中的喷水嘴(11)是多股汇聚喷 水嘴，多股喷水射流的汇聚点位于混合管中平行管段(4)和扩散 管段(5)的交界面附近。
全文摘要
本发明提出了一种利用多股汇聚喷水射流循环系统和同方向空气流动系统在混合管内的高速掺混机制用以捕集空气中漂浮杂质的空气净化方法，它改变了已有空气净化技术中以提高风阻或降低风速为代价提高净化效率的传统做法。以高速水流和高速空气流在混合管内掺混捕集空气中漂浮杂质，而且净化效率随流动速度的提高同时提高。
文档编号B01D47/10GK101229466SQ20071016658
公开日2008年7月30日 申请日期2007年11月7日 优先权日2007年11月7日
发明者毅 刘 申请人:毅 刘