适用于厨房油烟净化的填料环及填料的制作方法

本实用新型涉及油烟净化装置技术领域，尤其涉及一种适用于厨房油烟净化的填料环及填料。

背景技术：

随着经济的高速发展和第三产业的兴起，城市餐饮服务业迅速发展。在改善人们生活水平的同时，遍布于市区的各种饭店也带来了日益严重的环保问题。饮食业的油烟雾未经处理就直接排放，已引起城市居民的不满甚至投诉。因此，国家对治理餐饮服务业厨房外排油烟气十分重视，逐步颁发了相应法律法规对油烟排放进行限制。目前，对餐饮业烹调油烟气的处理，国内外已有一些治理的技术措施及相应的设备，其基本处理技术主要有以下几种类型。①机械法：采用过滤、旋风离心、活性炭吸附等收集油烟；②静电法：采用高压电场将通过的油烟雾离子化，利用电场对带电粒子的吸引作用达到除污目的；③湿式法：采用水或化学药剂等吸收剂经喷头喷出形成液膜或液雾以洗涤、吸收污染物。

由于饮食业油烟同时含有气液固三态物质，各种净化工艺都有其特殊的净化能力，在控制污染保护室内外环境质量方面都发挥了一定的作用，但也都存在相应的不足之处。如机械过滤式油烟净化设备占地面积大，易堵塞，净化效率波动较大，堵塞后净化效率大大降低，且阻力增加，须加大风机,造成噪声偏高；惯性分离设备净化效率低且每月需清洗一次，需用专门的清洗液；静电型设备价格偏高，且占地大，有效作用时间不长，且静电法存在清洗极板困难，运行费用高等问题；水膜湿法须设油水分离箱，需要水泵、水槽等辅助设备，导致运行费用高;这些方法尽管在一定程度上提高了净化效率，但仍然存在操作费用高及二次污染等缺陷，不能从根本上解决油烟净化问题，使得目前市场上仍没有适合大中小型饮食业通用、价格低、净化效率高、操作简单、安装方便的油烟净化设备。油烟净化一体机是根据双膜理论作为原理基础，通过气液逆向接触吸收，从而达到除去油烟的目的。相比于行业内同类产品，湿法净化具有较高的除油效率，高达95%，但存在除烟效果相对较差的问题，为改善其除烟能力，本实用新型采用填料塔填料的方式来提升油烟去除率。

填料即被填充于其他物体中的物料，一般分为规整填料和散装填料两种。在化学工程中，散装填料如拉西环、鲍尔环、扁环、共轭环、阶梯环、矩鞍环等，其作用是增大气-液，气-气，液-液的接触面，使两者相互充分接触，充分混合。填料塔是塔设备的一种，是化工、石油化工和炼油生产中的重要设备之一，填料应其比表面积大，压阻小，通量高、气液分布均匀及传质性能稳定等优点被广泛应用其中。例如应用于气体吸收时，液体由塔的上部通过分布器进入，沿填料表面下降，气体则由塔的下部通过填料孔隙逆流而上，与液体密切接触而相互作用。结构较简单，检修较方便，广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。另外，填料还可用于清洁、碱腐蚀性流体的气-液吸收、精馏和萃取等传质分离工业过程。在污水处理领域，主要用于接触氧化工艺，微生物会在填料的表面进行累积，以增大与污水的表面接触，对污水进行降解处理。

填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。一般填料塔身高度均大于3m，填料填充高度大于1m，最大直径规整填料塔已达14～20m，对填料的强度性能要求较高，在选型填料时，对厚度有一定的限制要求，且塔内流体基本为气-液，或气-气简单物质。环填料的通量随直径的增大而增大，效率却随直径的增大而减小。众所周知，填料对于气液体系有很大的去除吸附能力，但是目前没有任何一款油烟净化一体机采用填料体系祛除油烟。通过阅读大量文献，搜集相关资料发现，环填料中扁环、共轭环、矩鞍环具有较好的流体力学性能，压降适中，空隙率大，通量高，且传质性能稳定、效率高，比较适用于清洁、碱腐蚀性流体的传质分离过程。专利号为CN201520220853的实用新型公开了一种塑料填料，它包含塑料扁环，该塑料扁环的中部设置有相应的加强筋，所述扁环上下两端的外圆面处周向设置有一圈支撑筋，该支撑筋的另一端设有凹槽；该实用新型由于塑料扁环的外圆设置有支撑筋，填充后扁环之间存在一定的间隙，杜绝线性接触，减少了气液穿过填料层的阻力，液体分散均匀，但是该技术并未对填料通透性有所改善，其空隙率较低，导致压阻大，噪音变大，不利于人员身心健康，且不易清洗，在油烟净化领域并未达到预期效果。专利号为CN201710988 U的实用新型公开了一种常用的扁环填料，具有强度高，机械性能强，比表面积大，空隙率大，流体分散均匀和传质效率高等优点，常用于化工生产中的填料塔；其特征中窗口和内弯弧形筋片的上下边缘均为齿形，有效增大了填料比表面积，但经过试验与模拟双重验证，当应用于油烟净化领域，齿状表面并未增强油烟去除率，反而增加工艺复杂程度，并难以清洗，且其位于外侧壁面，齿状尖峰容易刮蹭，不安全；内弯弧形筋片上设有条状开孔和朝向内侧的条形片，相邻两个窗口之间的本体环壁上设有小孔，有效改善了填料通透性问题，提高空隙率，但大量填料堆砌时，条状片易被挤压变形，原有增大比表面积作用会减弱；此外专利号为CN201711158 U的实用新型公开的一种常用阶梯环填料，其金属本体上下端设有锥形翻边，相邻窗口间开有圆形小孔，虽提高了填料的机械强度和空隙率，但条行片、锥形平面、圆形小孔此类平滑曲面即使在化工领域传质效率显著，然而对油烟的物理拦截能力薄弱，并不适用于油烟净化。专利号为CN2045325 U的实用新型公开了一种共轭环，其由两个结构相同的半圆环在其端部上下共轭搭接而成，机械强度高，结构开放，堆砌时不发生重套，流体通过阻力小，导致设备末端容易飞水，且相同直径的三种环填料（扁环、共轭环、矩鞍环）中，尤为共轭环的比表面积最低，有效拦截颗粒比表面积小，导致油烟去除率相对较低，不适用于有较高油烟去除率要求的厨房油烟净化领域。专利号为CN201799280 U的实用新型涉及一种矩鞍环填料，具有强度高、空隙率高、压降低、处理能力强、易于清洗等优点，但是应用于湿法油烟净化领域，作为净化芯体不需要高的机械强度，因其相互间全是点接触，堆积密度小，导致设备末端容易飞水，不利于系统运行；后期在该实用新型基础上的种种实用新型专利虽改善了环填料比表面积等特征，但是还未达到预期油烟去除效果，且未从根本上解决应用于湿法油烟净化领域时会造成飞水飞沫的问题。

传统油烟净化湿法净化是根据双膜理论作为原理基础，通过气液逆向接触吸收，从而达到除去油烟的目的。相比于行业内同类产品，湿法净化具有较高的除油效率，高达95%，但因为净化芯体等原因导致除烟效果相对较差。目前的净化芯体为不锈钢导流片，质量重，不易于安装清洗，且比表面积小，拦截烟尘能力较弱，压阻大，会损失较多有用风量，降低系统效率。市场目前填料较多应用于填料塔领域，为保证强度，填料厚度较厚，且塔内气流量约为0.5 m³/h，流速较慢，更有利于接触，反应充分。在油烟净化领域，填料作用为净化芯体，体积约为0.1 m³，气流量约为5000 m³/h，流速较快，传统的环填料不能完全适用于这种工况。

现有环填料中具有较好的流体力学性能，压降适中，通量高，且传质性能稳定、效率高，比较适用于清洁、碱腐蚀性流体的传质分离过程的几种环填料对压阻及去除率的影响如表1所示，扁环填料虽然有较高的比表面积，但是空隙率较小，导致系统运行阻力大，噪音大，风量损失多，降低设备工作效率。共轭环与矩鞍环因其特殊的结构，在设备中两两接触全为点接触，压阻小，但是在需要一定阻力来控制飞沫的油烟净化系统中，其不能完全适用，会造成设备末端飞沫问题，如果使用必需降低发泡量，会严重影响油烟净化效果；且该两种环填料比表面积较低，有效拦截油烟能力弱，不能满足环保使用需求。

表1.不同填料净化芯体对压阻及油烟去除率的影响

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种比表面积大、空隙率高、压阻小，噪音小，且油烟去除率高的填料环及填料。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种适用于厨房油烟净化的填料环，其特征在于：包括圆环形主体，所述圆环形主体的壁厚为T，高度为H，直径为D，圆环形主体向圆心内侧形成弧形筋片，弧形筋片的厚度与圆环形主体壁厚相同，且每个所述弧形筋片中间位置设置有一个第二拉伸孔；在圆环形主体上处于两个相邻弧形筋片中间位置设置第一拉伸孔；第一拉伸孔与第二拉伸孔结构相同，但尺寸有差异，最大外接圆直径分别为d1、d1′，其中d1为0.1H~0.8H，d1′为0.1 d1~ d1；所述第一拉伸孔和第二拉伸孔内分别设置有导向筒部，所述导向筒部的轴向长度h1、h1′为T~10T，其内壁和外壁为曲面设置；所述导向筒部的内壁包括若干个第一内弧段和第二内弧段，所述第一内弧段和第二内弧段的开口朝向相反，半径分别为R2、R2′、R3、R3′，其中R2为0.02H~0.2H，R3为0.005H~0.05H，R2′为0.1 R2~ R2，R3′为0.1 R3~ R3；所述第一内弧段和第二内弧段间隔设置，且两者之间首尾连接后形成整个内曲面；所述导向筒部的外壁包括若干个第一外弧段和第二外弧段，所述第一外弧段和第二外弧段的开口朝向相反，半径分别为R4、R4′、R5、R5′，其中R4为0.015H~0.13H，R5为0.01H~0.08H，R4′为0.1 R4~ R4，R5′为0.1 R5~ R5；所述第一外弧段和第二外弧段间隔设置，且两者之间首尾连接后形成整个外曲面；壁面上因设置弧形筋片形成对应的窗口，窗口与弧形筋片均等距且均匀的设置于圆环形主体上，圆环形主体上两个相邻弧形筋片中间位置形成有一个竖梁。

优选的，所述圆环形主体的高径比H/D为0.2~0.7。

优选的，所述窗口设置有2~5个，窗口的短边长度为W，W/H值为0.4~0.6，长边弧长为L，L/πD其值为1/6~1/3。

优选的，所述圆环形主体的上下边缘设置有弧形翻边，且翻边半径R1值为0.5~5，翻边角度α值为30°~180°。

优选的，所述第一内弧段和第二内弧段共计设置有3~10个，所述第一外弧段和第二外弧段共计设置有3~10个。

优选的，所述圆环形主体由方形薄片卷曲而成，且卷曲后前后端面间隙为0.01 mm ~0.1mm。

本实用新型还公开了一种适用于厨房油烟净化的填料，其特征在于：包括若干个所述的填料环，若干个所述填料环在净化一体机系统内袋装堆砌，且若干袋装扁环放置于净化芯体内。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述填料环包含传统填料传质性能优异、流体分散均匀的优点，可广泛应用于科学研究与化工生产中的填料塔；另外，应用于油烟净化领域，所述第一拉伸孔和第二拉伸孔提高了填料有效比表面积，显著提高了油烟去除率；所述第一拉伸孔和第二拉伸孔有效增大填料孔隙率，提高了传统填料的通透性，使得流体流动阻力小，减少风量及风压的损失；所述弧形翻边可有效防止环填料两两之间线性接触，减少了流体穿过填料层的阻力，从而降低噪音，改善厨房工作环境舒适度；所述填料环质量轻盈、便于搬运、安装，且易于清洗。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型实施例所述填料环的主视结构示意图；

图2是本实用新型实施例所述导向筒部端部的放大结构示意图；

图3是本实用新型实施例所述填料环的俯视结构示意图；

图4是图3中A-A向的剖视结构示意图；

图5是现有技术中折流片式净化芯体的结构示意图；

图6是填料式净化芯体的结构示意图；

其中：1、圆环形主体2、窗口3、竖梁4、第一拉伸孔5、弧形筋片6、第二拉伸孔；7，7′、导向筒部8、弧形翻边9，9′、第一内弧段10，10′、第二内弧段11，11′、第一外弧段12，12′、第二外弧段。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1和图3所示，本实用新型实施例公开了一种适用于厨房油烟净化的填料环，包括圆环形主体1，所述圆环形主体1的壁面上开设有若干个窗口2，相邻的所述窗口2间距相同，且相邻的所窗口2之间形成有一个竖梁3。每个所述竖梁3上设置有一个第一拉伸孔4，与每个所述窗口2相对的所述圆环形主体1的内壁上设置有一个向内弯曲的弧形筋片5，且每个所述弧形筋片5上设置有一个第二拉伸孔6，所述第一拉伸孔4与第二拉伸孔6相对设置。

如图3和图4所示，所述第一拉伸孔4与第二拉伸孔6的结构相同（大小可以相同或不同），所述第一拉伸孔4和第二拉伸孔6内分别设置有导向筒部7、7′，所述导向筒部7、7′的轴向长度大于所述圆环形主体1的壁厚以及弧形筋片5的厚度，所述导向筒部7、7′的内壁和外壁为曲面设置，从图3中可以看出，所述导向筒部7、7′朝向圆环形主体1的圆心延伸。

优选的，所述圆环形主体1的高度为H，直径为D，高径比H/D为0.2~0.7。所述窗口2设置有2~5个，窗口2的短边长度为W，W/H值为0.4~0.6。需要说明的是，以上参数的具体数值只是本实施例的优选方案，本领域技术人员还可以根据实际需要进行适当的调整和设置，在此不做赘述。

进一步的，所述圆环形主体1的上下边缘设置有弧形翻边8，且翻边半径R1值为0.5~5，翻边角度α值为30°~180°。

进一步的，如图2和图3所示，所述导向筒部7、7′的内壁包括若干个第一内弧段9、9′和第二内弧段10、10′，所述第一内弧段9、9′和第二内弧段10、10′的开口朝向相反，半径分别为R2、R2′、R3、R3′，其中R2为0.02H~0.2H，R3为0.005H~0.05H，R2′为0.1 R2~ R2，R3′为0.1 R3~ R3；所述第一内弧段9、9′和第二内弧段10、10′间隔设置，且两者之间首尾连接后形成整个内曲面；所述导向筒部7、7′的外壁包括若干个第一外弧段11、11′和第二外弧段12、12′，所述第一外弧段11、11′和第二外弧段12、12′的开口朝向相反，半径分别为R4、R4′、R5、R5′，其中R4为0.015H~0.13H，R5为0.01H~0.08H，R4′为0.1 R4~ R4，R5′为0.1 R5~ R5；所述第一外弧段11、11′和第二外弧段12、12′间隔设置，且两者之间首尾连接后形成整个外曲面。

优选的，所述第一内弧段9、9′和第二内弧段10、10′共计设置有3~10个，所述第一外弧段11、11′和第二外弧段12、12′共计设置有3~10个。需要说明的是，以上参数的具体数值只是本实施例的优选方案，本领域技术人员还可以根据实际需要进行适当的调整和设置，在此不做赘述。

优选的，所述圆环形主体1的壁厚为0.1 mm ~2mm。所述圆环形主体1由方形薄片卷曲而成，且卷曲后前后端面间隙为0.01 mm ~0.1mm。需要说明的是，以上参数的具体数值只是本实施例的优选方案，本领域技术人员还可以根据实际需要进行适当的调整和设置，在此不做赘述。

所述填料环包含传统填料传质性能优异、流体分散均匀的优点，可广泛应用于科学研究与化工生产中的填料塔；另外，应用于油烟净化领域，所述第一拉伸孔和第二拉伸孔提高了填料有效比表面积，显著提高了油烟去除率；所述第一拉伸孔和第二拉伸孔有效增大填料孔隙率，提高了传统填料的通透性，使得流体流动阻力小，减少风量及风压的损失；所述弧形翻边可有效防止环填料两两之间线性接触，减少了流体穿过填料层的阻力，从而降低噪音，改善厨房工作环境舒适度；所述填料环质量轻盈、便于搬运、安装，且易于清洗。

本实用新型还公开了一种适用于厨房油烟净化的填料，包括若干个如权利所述的填料环，若干个所述填料环在净化一体机系统内袋装堆砌，且若干袋装扁环放置于净化芯体内。

通过对油烟净化一体机进行油烟去除率净化效率测试，模拟厨房高温、高湿工作环境，加入定量120ml净化剂，通过油烟发生装置发烟连续产生10mg/m³±2左右浓度的入口油烟量，依据行业标准及国家油烟排放标准:

HJ/T 62—2001《饮食业油烟净化设备技术要求及检测技术规范》

GB 18483—2001《饮食业油烟排放标准》

进行油烟去除率效率测试，将传统折流片式净化芯体（图5）装入一体机设备，系统持续稳定发烟运行2.5h后，对油烟净化系统处理前、后的烟管进行同步油烟采样，各5次，每次10min；采样完毕后清洗整个油烟净化一体机系统，再分别替换传统扁环与新型扁环填料式净化芯体（图6），进行对比测试，重复以上采样步骤获得油烟样品。通过实验室依据《饮食业油烟采样方法及分析方法》进行化学分析，其结果如表2-1，表2-2，表2-3所示。

表2-1.折流片净化芯体油烟去除率测试结果

表2-2.传统扁环填料净化芯体油烟去除率测试结果

表2-3.新型扁环填料净化芯体油烟去除率测试结果