无滤网的微尘清除器的制作方法

本发明涉及无滤网的微尘清除器，具体是，不使用滤网，利用水捕集气体中粉尘的无滤网的微尘清除器。

背景技术：

空气净化器通常用于去除空气中含有的污染物质即粉尘，将污染空气变成新鲜空气，其空气清洁方式包括过滤式、离子式和电气集尘式。

离子式空气净化器采用的方式是，使高电压流入离一定距离的电极，向空中释放离子，使离子附着在空气中的微粒子上，使微粒子被正(+)极集尘手段吸引而被清除。上述的离子式空气净化器具有耗电少、静的优点。但离子式空气净化器基本没有送风扇，为将空气净化至一定水平所需的时间较长，净化空间越宽敞，净化效果越低。尤其，离子式空气净化器会产生臭氧，所产生的离子为高浓度，如臭氧度基准值达0.05ppm的浓度会对人体有害。

电气集尘式空气净化器和离子式同样采用电气放电原理，通过集尘能力强的集尘板清除受污染空气中的粉尘。电气集尘式空气净化器与上述的离子式空气净化器不同，其使用送风扇，因此与离子式空气净化器相比，清除粉尘效果好，但粉尘清除效率低于采用高效空气过滤器(hepa)等过滤器的空气净化器，机身内部容易变脏，需定期进行清洁。

目前成为主流的空气净化器为过滤式空气净化器，其利用送风扇吸入空气后，用过滤网净化，然后将净化空气重新排出。这种过滤式空气净化器用高效空气滤网等无纺布滤网滤除粉尘，气味是使用活性碳吸附清除的。过滤式空气净化器需按一定周期更换滤网，不但麻烦，为购买滤网还会增加成本。

【现有技术文献】

【专利文献】

韩国注册专利公报第10-1602112号。

技术实现要素：

【技术问题】

本发明的目的在于，为了解决上述的一些问题，提供一种无滤网的微尘清除器，所述无滤网的微尘清除器是利用用水清除粉尘的文丘里除尘器(venturiscrubber)原理捕集粉尘，从而提高气体中粉尘清除效率。

本发明的目的在于提供一种无滤网的微尘清除器，所述无滤网的微尘清除器是流入的气体湿度和温度高时对黏着性粉尘的净化能力强，可以将粉尘和气味同时清除。

本发明的目的在于提供一种无滤网的微尘清除器，所述无滤网的微尘清除器由于粉尘不会堆积在机器内部，气路不会堵塞，可以节省为清洁内部所需的费用。

【技术方案】

为了达到上述的目的，根据本发明一实施例的无滤网的微尘清除器包括：送风部，其将气体吸入后排出；文丘里管部，其具备由所述送风部排出的气体通过的收缩型流入部、喉部以及扩散型流出部；充气部，其具备储存清洗液的储存部和排出气体的排出口，且将由所述文丘里管部流出的气体排至所述排出口；喷射部，其将所述储存部内清洗液向所述文丘里管部内喷射；除雾部，其位于所述充气部内部，并捕集从所述排出口流出的气体中水珠；由所述文丘里管部生成的水珠和在所述除雾部捕集的水珠被所述储存部回收。

所述微尘清除器还包括：控制所述送风部的送风量和所述喷射部喷射量的控制部。

其中，所述充气部还包括：调整内部气体移动速度的流速调整部，所述控制部可以控制所述流速调整部，进而可以调整气体向所述排出口流动的速度。

所述控制部可以控制所述流速调整部，使向所述排出口流动的气体速度在0.8m/s以上和1.2m/s以下。

所述扩散型流出部的长度在所述喉部直径的3.5倍以上和4.5倍以下。

所述控制部根据以下数学公式1至数学公式3决定所述送风部的送风量和所述喷射部的喷射量，使从所述文丘里管部通过的气体中粉尘粒子的清除率即以下数学公式4的效率达0.985以上和0.995以下。

[数学公式1]

其中，ql是所述喷射部的喷射量，qg是所述送风部的送风量，vg是通过所述喉部流动的气体流速，ρl是所述喷射部喷射的清洗液的密度，dd是所述喷射部喷射的清洗液水珠的平均直径，μ是流入所述文丘里管部的气体黏度，f是实验常数。

[数学公式2]

其中，dp是流入所述文丘里管部的气体中粉尘粒子的直径，vp是流入所述文丘里管部的气体中粉尘粒子的速度，ρw是水的密度。

[数学公式3]

其中，σ是所述喷射部喷射的清洗液水珠的表面张力，μl是所述喷射部喷射的清洗液的黏度。

[数学公式4]

效率＝1-ptd

所述喉部长度是基于以下数学式5至数学式8决定，使在喉部的压力损失在500mmh2o以下。

[数学公式5]

其中，δp是压力损失。

[数学公式6]

其中，lt是所述喉部的长度。

[数学公式7]

[数学公式8]

其中，ρg是从所述喉部通过的气体密度，μg是从所述喉部通过的气体黏度。

所述控制部基于以下数学公式13决定所述送风部的送风量。

[数学公式13]

其中，q是所述送风部的送风量，d是与每小时的污染物质生成量成比例的常数，初始摩尔是液态污染物质在净化空间内蒸发直至饱和状态时空气中污染物质的摩尔数(mol)，该摩尔是与通过空气净化要达到的目标值相应的空气中污染物质的摩尔数，t是为达成所述目标值所需的时间。

所述送风部的送风量和所述喷射部的喷射量是基于所述数学公式1至数学公式3决定，并使从所述文丘里管部通过的气体中粉尘粒子的清除率即以下数学公式4的效率到达0.985以上和0.995以下。

[数学公式1]

其中，ql是所述喷射部的喷射量，qg是所述送风部的送风量，vg是通过所述喉部流动的气体流速，ρl是所述喷射部喷射的清洗液的密度，dd是所述喷射部喷射的清洗液水珠的平均直径，μ是流入所述文丘里管部的气体黏度，f是实验常数。

[数学公式2]

其中，dp是流入所述文丘里管部的气体中粉尘粒子的直径，vp是流入所述文丘里管部的气体中粉尘粒子的速度，ρw是水的密度。

[数学公式3]

其中，σ是所述喷射部喷射的清洗液水珠的表面张力，μl是所述喷射部喷射的清洗液的黏度。

[数学公式4]

效率＝1-ptd

所述喉部长度是基于以下数学公式5至数学公式8决定，并使所述喉部的压力损失小于500mmh2o。

[数学公式5]

其中，δp是压力损失。

[数学公式6]

其中，lt是所述喉部的长度。

[数学公式7]

[数学公式8]

其中，ρg是从所述喉部通过的气体密度，μg是从所述喉部通过的气体黏度。

所述送风部的送风量根据以下数学公式13决定。

[数学公式13]

其中，q是所述送风部的送风量，d是与每小时的污染物质生成量成比例的常数，初始摩尔是液态污染物质在净化空间内蒸发直至饱和状态时空气中污染物质的摩尔数(mol)，该摩尔是与通过空气净化要达到的目标值相应的空气中污染物质的摩尔数，t是为达到所述目标值所需的时间。

【有益效果】

根据本发明，其有益效果在于，可以有效清除受污染空气中的粉尘和臭味，不受污染空气的温度和湿度影响；

而且，根据本发明，捕集粉尘不需使用滤网，可以节省因气路堵塞而投入维修费用，使用于更换滤网、清洁内部等有关的维护费用。

附图说明

图1是显示本发明一实施例的无滤网的微尘清除器的方框图；

图2是显示本发明一实施例的无滤网的微尘清除器的结构图；

图3是显示本发明一实施例的无滤网的微尘清除器中文丘里管部的附图；

图4是显示本发明一实施例的无滤网的微尘清除器动作的图表；

图5是根据在喉部流动的不同气体速度显示随着由喷射部喷射的清洗液流量的增加在界面面积上发生的变化的图表；

图6是根据由喷射部喷射的清洗液的不同流量显示随着在喉部流动的气体速度增加而在界面面积上发生的变化的图表；

图7是根据在喉部流动的气体的不同速度显示随着液气体的增加而在界面面积上发生的变化的图表。

符号说明

100：送风部；

200：文丘里管部；

300：气箱部；

400：喷射部；

500：控制部。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行说明，显然，所描述的实施例可以被多样地变更，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图中各构件形状和大小等为了更加描述清楚会有所夸张，图中同一个符号指同一个构件。

在本申请件中描述的术语的含义解释如下。

“第一”、“第二”等用语用于将一个构件与其它构件互相区别，但并不对本发明的权利要求进行限制。例如，第一构件可能被命名为第二构件，类似地，第二构件可以被命名为第一构件。

在整体说明书中描述某个部分“连接于”其它部件时，不仅包括“直接连接”，还会包括其中间通过其它元件“用电连接”。描述某个部分“包括”或“具备”某个构件时，在没有特别相反的叙述的前提下，表示不是排除其它构件，而是还可以包括或具备其它构件。

图1是显示本发明一实施例的无滤网的微尘清除器的方框图，图2是显示本发明一实施例的无滤网的微尘清除器的结构图，图3是显示本发明一实施例的无滤网的微尘清除器中文丘里管部200的附图。

从图1至图3来看，本发明一实施例的无滤网的微尘清除器包括：送风部100、文丘里管部200、充气部300、喷射部400和控制部500。

送风部100将要清除污染的空间中的气体吸入g1后排g2至文丘里管部200的内部。送风部100可以被设置在文丘里管200的收缩型流入部210的前端，但也可以设置在收缩型流入部210的内部，且不限于此。送风部100可以具备与气体流速相应地调整送风速度的变频电机(无图示)。变频电机根据控制部500的控制信号控制送风部100内送风扇的旋转数，从而调节送风速度，但不限于此。另外，送风部100也可以在没有控制部500控制的情况下，以按照污染清除效率最佳可行技术决定的送风速度吸入并排出气体。

文丘里管部200具备：由送风部100排出的气体流入通过的收缩型流入部(convergingsection)210、喉(throat)部220和扩散型流出部(divergingsection)230，将通过的气体流出g3至充气部300。文丘里管部200可以制造为多种剖面形状，例如圆形、长方形、正方形等，优选的是具有既定直径的圆形，但并不限于此。其中收缩型流入部210的长度可以根据安装空间的规模决定，为了获得文丘里效应，喉部220的长度可约到达喉部220直径的2.5倍至3.5倍，优选约3倍，但并不限于此。

并且扩散型流出部230的长度约到达喉部220直径的3.5倍至4.5倍，优选地到达4倍。在剖面具有既定面积的喉部220以较快速度移动中的气体逐渐从剖面面积增加形态的扩散型流出部230通过的过程中，其移动速度减少，并恢复压力。此时为了将由扩散型流出部230排出的气体的压力恢复至流入文丘里管部200内部时的压力水平，使扩散型流出部230具有上述距离比较优选。

充气(plenum)部300具备储存水等清洗液的储存部310和排出g4气体的排出口320，并引发气体流动，使从文丘里管部200流出的气体流向排出口320。其中气箱部300具备用于调整内部气体移动速度的流速调整部350(如图1)，流速调整部350可以是受控制部500控制的真空泵或旋风(cyclone)分离器，但并不限于此。流向充气部300内部的排出口320的气体移动速度可以约在0.8m/s以上和在1.2m/s以下，优选地可以约在0.8m/s以上和在1m/s以下，并将移动速度控制在既定速度范围内，从而既不减少空气净化效率，又可以使气体内小水珠充分分离。另一方面，充气部300可以采用内部气体的最佳移动速度固定的结构，此时，可以不采用流速调整部350受控制部500控制的方式。

为了储存部310内清洗液的量的调整和更换，优选地，在储存部310的外壳下端设置排水阀(drainvalve)311。

其中为了保持文丘里管部200和气箱部300之间的密封性，可以设置垫片(gasket)340。

除雾(demister)部330设置在气箱部300内，用于收集从排出口320流出的气体中水珠后，使收集的水珠落到储存部310内。除雾部330优选地对从排出口320流出的气体流路垂直设置，阻止大小较小的水珠和灰尘的混合粒子排出，只排出净化气体。

喷射部400将储存部310的清洗液l喷射至文丘里管部200内。喷射部400包括：成为清洗液供应路径的流路管410；将储存部310内的清洗液引上的泵420；对流入文丘里管部200的气体喷射清洗液的多个喷嘴430。尤其喷射部400通过喷嘴430向流入喉部220的气体喷射清洗液。喷射部400可以具备用来调节清洗液喷射量的调节阀(无图示)，但不限于此。

多个喷嘴430上可以形成喷嘴孔，其大小约达粉尘粒子直径的120倍至180倍，优选地约达150倍。由多个喷嘴430喷射的清洗液的粒径越小，清洗液水珠的表面积之和越大，进而有效清除粉尘粒子，但考虑喷嘴驱动能效，清洗液水珠大小约达粉尘大小的150倍，则清除效率高，还可以节省能耗。

在此流入文丘里管部200的气体和从喷射部400喷射的清洗液的作用下，生成捕集粉尘的水珠，生成的水珠以降落等方式被回收至储存部310。

下面说明在文丘里管部200内捕集粉尘的水珠的生成原理。

所谓通过惯性碰撞(impaction)的捕集是，含在气体中的粉尘粒子接近水珠后与水珠发生碰撞而从气体分离。通过扩散(diffusion)的捕集是，不管气体的流动，大约0.1μm以下的微细粉尘进行不规则的布朗(brown)运动中碰撞水珠而从气体分离。所谓通过拦截(interception)的捕集是，粉尘粒子随气体的流动在水珠周围流动时，水珠表面和粉尘粒子之间距离到达粉尘粒子直径的约0.5倍时从气体分离。能否通过拦截捕集取决于粉尘粒子的大小而非粉尘粒子的质量。

控制部500控制送风部100的送风量和喷射部400的清洗液喷射量。此时，控制部500可以利用以下数学公式1的卡尔弗特(calvert)通过方程式决定送风部100的送风量和喷射部400的清洗液喷射量，使根据以下数学公式4的粉尘清除效率约达0.985以上和0.995以下，优选地约达0.99。对此详述如下。送风部100的送风量和喷射部400的清洗液喷射量被决定以后，也可以在没有控制部500控制的情况下，直接利用该数据设计送风部100和喷射部400。

首先，按以下卡尔弗特通过方程式计算各粉尘粒径的通过率(ptd)

【数学公式1】

其中,ptd表示流入文丘里管部200的气体中未被捕集的具有既定粒径(d)的粉尘粒子的分率，ql表示喷射部400喷射的清洗液的流量(m³/s)，qg表示流入文丘里管部200的气体流量(m³/s)，即送风部100的送风量，vg表示通过喉部220流动的气体的速度(cm/s),ρl是喷射部400喷射的清洗液的密度(g/cm³),dd是喷射部400喷射的清洗液水珠的平均直径。此时，由喷射部400喷射的清洗液水珠是由喷嘴喷射并经过从喉部220通过同时破碎的过程后直径逐渐变小，而dd可以表示从最初喷嘴喷射后再到达喉部220末端为止变化的水珠直径的平均。μ是流入文丘里管部200的气体的黏度(poise),f是实验常数，流入文丘里管部200的气体中粉尘粒子为亲油性粒子则0.25,粉尘粒子为亲水性粒子则0.5。

kp是对在喉部220流动的气体速度进行计算的惯性碰撞变量，可以如下计算。

【数学公式2】

其中，dp是流入文丘里管部200的气体内粉尘粒子的直径(cm)，vp是流入文丘里管部200的气体中粉尘粒子的速度(cm/s)，ρw是水的密度(g/cm³)。

清洗液水珠的平均直径(dd)可以如下计算。

【数学公式3】

其中，σ是喷射部400喷射的清洗液水珠的表面张力(dyne/cm)，μl是喷射部400喷射的清洗液的黏度(poise)。

空气净化器的效率可以如下计算。

【数学公式4】

效率＝1-ptd

若想使对具有既定粒径(d)的粉尘的清除率到达99％，则可以利用数学公式1至数学公式3计算以上数学公式4的效率达0.99的通过喉部220流动的气体速度(vg)和喷射部400喷射的清洗液的喷射量，即计算针对要清除污染的气体量所需的清洗液的喷射量

换言之，控制部500根据利用称为卡尔弗特通过方程式的上述公式决定的清洗液的喷射量控制喷射部400的喷射量，并根据用同样方法决定的喉部220的气体流速控制送风部100的送风量。其中控制部500为保持如上所述决定的喉部220气体流速，利用设置于喉部220附近的流速测定器(无图示)决定适合喉部220气体流速的送风部100的送风量，但不限于此。

如上所述，根据按公知的卡尔弗特通过方程式即以上公式决定的清洗液的喷射量和送风部100的送风量，可以把送风部100和喷射部400直接设计成固定数据，而且这种情况下控制部500可以去掉。

喉部220的气体流速增加时，即使粉尘粒子的清除比率增加，能源费用也会增加，因此应用卡尔弗特方程式决定最佳气体流速，进而在控制部500控制送风部100的送风量，从而可以保持高度的粉尘清除效率，并减少能耗。

与此同样，随着喷射部400的清洗液喷射量的增加，粉尘粒子清除比率也增加，但喷射部增加喷射量所需的运转成本，以及储存清洗液的空间即储存部310的体积即空气净化器的体积也会增加，因此，可以应用卡尔弗特通过方程式决定最佳喷射量，进而在控制部500控制喷射部400的清洗液喷射量。

按照以上数学公式，为了使直径小于2.5μm的粉尘粒子的清除效率达到0.99时，与喉部220的气体流速对应的喷射部400的清洗液喷射量的计算结果如下表1。

【表1】

其中送风部100的送风速度即需净化的气体流量假设为5m³/min(cmm)。

而且按照以上数学公式，想要使直径小于2.5μm的粉尘粒子清除效率为0.99，根据需净化的气体流量计算与喉部220气体流速对应的喷射部400清洗液喷射量的结果如下表2。

【表2】

图4是显示喷射部400的清洗液喷射量(3.756l/min)固定不变时，按照以上数学公式计算的直径小于2.5μm的粉尘粒子的清除效率的图表，由此可以看出，为了使清除效率达到0.99以上，则在喉部220的气体流速可达50m/s的结构范围内，需将送风部100的送风速度即需净化的气体流量调整为2m³/min(cmm)。

文丘里管部200内部粉尘粒子清除效率受到通过喉部220流动的气体压力损失的影响。就是说，压力损失达500mmh2o以上时，粉尘粒子清除效率不再大幅增加。

因此应将喉部220设计成可以保持适当压力损失的长度，可以利用以下如数学公式5的杨(yung)式方程式决定喉部220的长度。

【数学公式5】

其中δp是压力损失(dyne/cm²)，x是可以按照以下数学公式6计算。

【数学公式6】

其中lt是喉部220的长度(cm)，ρg是从喉部220通过的气体密度(g/cm³)，cd是喷射部400喷射的具有平均直径的清洗液水珠的阻力系数(无量纲)，可以根据以下数学公式7计算。

【数学公式7】

其中，re是雷诺(reynolds)数，可以根据以下数学公式8计算。

【数学公式8】

其中μg是从喉部220通过的气体黏度(poise)。

按照上述数学公式，可以决定喉部220的长度(lt)，使压力损失δp小于mmh2o500。1mmh2o被换算为98.0665dyne/cm²。

控制部500可以根据利用以下数学公式9的质量平衡(massbalance)方程式推导出的以下数学公式13决定送风部100的送风量，使污染物质的量在所需时间内达到既定水平。其中按以下方式决定送风部100的送风量时，不需控制部500的控制，可以直接应用该数据设计送风部。

首先，需净化的空间污染物质的每小时变化量如以下数学公式9所示。

【数学公式9】

其中，q是流入需净化的空间(system)内的风量，其数据与送风部100的送风量对应，与上述数学公式1的qg即流入文丘里管部200的气体流量(m³/s)一致。cin是流入需净化的空间的污染物质浓度，cout表示从需净化的空间流出的污染物质的浓度。mgen是根据在需净化的空间内液体污染物质蒸发成气体的量及气状污染物质冷凝为液体的量在空气中生成的污染物质的量，mcon是根据在需净化的空间中液状污染物质蒸发成气体的量及气态污染物质冷凝为液体的量在空气中消耗的污染物质的量。此时通过上述的冷凝和蒸发而生成或消耗的污染物质不仅包括通过物理反应的生成和消耗，也包括通过化学反应的生成和消耗。

因此上述的数学公式9的左边第一项成为流入空间中的污染物质的量，左边第二项成为向空间外流出的污染物质的量。

此时需净化的空间达到正常状态以后，如果给空间注入未包含污染物质的净化空气，则只有净化空气流入空间内，因此流入的污染物质浓度即cin成为0，在空气中消耗的污染物质的量即mcon也成为0，进而根据数学公式9推导出如以下数学公式10的数学公式。

【数学公式10】

所谓正常状态是，在需净化的空间内，液态污染物质蒸发成气体的量与气态污染物质冷凝成液体的量一致的状态，表示在需净化的空间内污染物质蒸发至最大值的状态。

即根据数学公式10，只考虑污染物质的流出量和污染物质的生成量。

每小时污染物质的生成量是可以将污染物质的蒸发速度(v)和污染物质接触外部的面积即蒸发面积(a)的乘值算出，排放浓度是可以用包含在空间体积(v)内的污染物质的量(m)来表示，因此数学公式10可以如以下数学公式11表示。

【数学公式11】

上述的数学公式11可以如以下数学公式12定义。

【数学公式12】

将上述数学公式12的定为与每小时污染物质生成量等成比例决定的常数d，通过变量分离将两边积分，即可得出以下数学公式13。

【数学公式13】

其中，‘初始摩尔’表示液态污染物质在净化空间内达到饱和状态时的空气中污染物质的摩尔(mol)，‘该摩尔’表示与通过空气净化须达到的目标值相应的空气中污染物质的摩尔数。

就是说，根据以上数学公式13，可以决定通过空气净化须达成的目标值(该摩尔)和为达成目标值而按规定时间(t)的送风部100的送风量(q)。

图5是显示根据通过喉部220流动的不同气体速度(m/sec)由喷射部400喷射的清洗液流量(ml/sec)增加而在界面面积(a)(cm²/cm³)上发生的变化的图表，随着清洗液流量的增加，界面面积也增加，即表示喷射部400喷射的清洗液水珠平均直径减少。图6是根据喷射部400喷射的清洗液的不同流量(ml/sec)，显示通过喉部220流动的气体速度(v)(m/sec)增加而在界面面积(a)(cm²/cm³)上发生的变化的图表，在喉部流动的气体速度增加则界面面积也随之增加，即表示喷射部400喷射的清洗液水珠的平均直径减少。换言之，随着气体速度的加快和流量增加，破碎的水珠数量也增多，因此得知界面面积增加。

图7是根据通过喉部220流动的不同气体速度(m/sec)分别显示针对要清除污染的气体量需由喷射部400喷射的清洗液流量，即界面面积(a)(cm²/cm³)因液气比(q)(l/m)的增加而变化的图表，随着液气比增加，界面面积也增加，就是说，喷射部400喷射的清洗液水珠的平均直径减少。

以上实施例和附图仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。