电热式活性炭滤芯的吸附净化单元及电热式活性炭滤芯的制作方法

本发明涉及气体污染控制技术领域，具体涉及一种用活性炭纤维类材料吸附净化空气中有毒有害污染物并用电热法脱附再生的滤芯结构。可用于工业vocs废气净化与回收，也可用于室内空气中vocs的净化和有毒有害气体污染物的化学防护。

背景技术：

活性炭纤维作为一种高效吸附剂，包括丝、纸、毡、布等多种形式，广泛应用于环境工程领域尤其是含vocs的废气处理方面。与粉末活性炭、颗粒活性炭等常规活性炭相比，活性炭纤维具有较快的吸附速度、较大的吸附容量。然而在使用过程中，活性炭材料的吸附能力会逐渐减弱，需通过脱附再生使其恢复吸附能力，电热脱附再生是一种具有发展前景、高效的再生方式（中国专利申请号201310094628.8）。电热再生是利用活性炭材料自身的电阻在通入电流时产生的焦耳热，使活性炭自身升温进而脱附有机物，与其他热脱附再生方式相比，具有能量利用率高，再生温度与升温速率可控，脱附再生完全，床层升温速度快等优势。

理论上，具有电热性能的活性炭材料都能采用电热再生的方式脱附，包括颗粒活性炭、活性炭纤维等。如中国专利（申请号201110029435.5）“从废气中回收有机溶剂的吸附净化单元及吸附回收装置”，利用颗粒活性炭吸附-电热脱附有机废气，然而活性炭颗粒间通过点接触或线接触，接触电阻较大，当电流经过接触点时，电流较大易产生过热高温点，存在安全隐患。活性炭纤维织物属柔性材料，其电热性能良好，由于纤维与纤维之间的有序或无序缠绕搭接，较颗粒活性炭，点或线接触广泛，有效避免局部电流过大产生的高温点问题，活性炭纤维织物为理想的电热材料。中国专利（申请号zl200920052826.7）“过滤器以及空气净化器”提出一种活性炭纤维滤芯的结构，活性炭纤维滤芯两端与电极板紧密接触，通过贴合导电使活性炭纤维通电。然而活性炭纤维织物属柔性材料，容易变形，采用活性炭纤维床层端面与电极板贴合导电的方式，很难紧密贴合，由此导致电极与活性炭纤维床层端面接触电阻过大，电热过程中活性炭纤维床层端面和内部电流分布不均匀，活性炭纤维床层升温也不均匀，进而导致有机物脱附不完全，严重情况可能存在局部高温的安全隐患。

为解决活性炭纤维床层端面与电极接触导电存在的问题，中国专利（申请号201310094628.8）提出一种“电热式净化滤芯的结构”，通过低熔点金属熔接活性炭纤维床层端面形成电极，虽然基本解决了活性炭纤维床层端面与电极紧密贴合导电的问题，然而在实际操作中，活性炭纤维织物为柔性材料，层叠后其端面高低不平，熔接过程端面凹陷区域活性炭纤维很难完全熔接在电极上，而且熔接操作技术难点相当较大。

技术实现要素：

针对现有活性炭纤维床层电极存在的问题，本发明提供一种电热式活性炭滤芯的吸附净化单元及电热式活性炭滤芯，吸附净化单元通过活性炭纤维织物与导电带均匀叠加，实现电极在床层端面的均匀设置，从根本解决活性炭纤维柔性材料的电极设置的可靠性和安全性问题，并通过吸附净化单元的多种叠加组合方式，解决滤芯床层过高、过厚、过长，通电界面过大带来的升温不均，严重时产生的局部高温问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种电热式活性炭滤芯的吸附净化单元，包括活性炭床层、床层两端电极、床层内部的温度传感器及床层的围护结构，所述活性炭床层由活性炭纤维织物叠加而成；所述电极设置在活性炭床层任意两个相对的端面，采用导电带与活性炭纤维织物层层交叠或导电带与若干层活性炭纤维织物相互交叠的方式，形成具有一定宽度的导电带与活性炭纤维织物的交叠区域，裸露的导电带通过机械连接、焊接或熔接方式连接为一体形成电极。

进一步，所述活性炭床层为长方体或圆筒体结构。

进一步，所述的活性炭纤维织物为活性炭纤维非织造物、活性炭纤维机织物、活性炭纤维针织物或活性炭纤维编织物。

进一步，所述的导电带为导电金属或半导体材料制成的箔、条、带状物，

进一步，所述的交叠区域宽度为1~50cm，交叠区域长度不大于活性炭纤维织物长度。所述的导电带优选为铜带，长度不大于活性炭纤维织物长度。

一种电热式活性炭滤芯的结构，所述滤芯由一个或若干个权利要求1-5任一所述的吸附净化单元组成。

进一步，当吸附净化单元有多个时，还包括绝缘分隔层。

进一步，当吸附净化单元的活性炭床层为长方体且有多个时，将吸附净化单元沿通风方向或与通风方向垂直方向依次叠加组合成长方体的电热式活性炭滤芯。

进一步，当吸附净化单元的活性炭床层为长方体且有多个时，将吸附净化单元沿圆周方向依次叠加组合成圆筒状的电热式活性炭滤芯。

进一步，当吸附净化单元的活性炭床层为圆筒体且有多个，将吸附净化单元沿径向环套叠加组合成圆筒状的电热式活性炭滤芯。

本发明的有益效果：（1）本发明在活性炭纤维床层端面均匀设置导电带，通过层叠紧压方式，实现电极与活性炭纤维床层紧密及可靠接触，避免不完全接触问题，造成局部接触电阻过大，而由此导致活性炭纤维床层局部高温问题，保证了电热升温过程的安全性；（2）电极结构简单、加工制作方便；（3）当通电界面过大（设置电极的床层端面）时，电流趋肤效应会造成界面电流分布不均，通过吸附净化单元叠加组合制成电热式活性炭滤芯，可将较大的通电界面分成若干个小的的通电界面，进一步避免了由于通电界面过大带来的升温不均，产生的局部高温问题；（4）通过对吸附净化单元单独或串并联控温，进一步保证了活性炭纤维床层升温的均匀性和一致性。本发明可实现床层均匀、可靠且一致升温，不但增加电热升温过程的安全性，还可使吸附的有机污染物能彻底脱附，活性炭再生完全，电热滤芯可以长期保持良好的吸附性能。

附图说明

图1为本发明实施例1吸附净化单元（长方体滤芯机械连接式电极结构）的结构示意图，其中：1-围护结构；2-活性炭纤维织物；3-导电带；41-导电带机械连接端；5-导电线。

图2为本发明实施例2吸附净化单元（长方体滤芯焊接式电极结构）的结构示意图，其中：1-围护结构；2-活性炭纤维织物；3-导电带；42-导电带焊接端；5-导电线。

图3为本发明实施例3吸附净化单元（长方体滤芯熔接式电极结构）的结构示意图，其中：1-围护结构；2-活性炭纤维织物；3-导电带；43-导电带熔接层；5-导电线。

图4为本发明实施例4吸附净化单元（圆筒滤芯机械连接式电极结构）的结构示意图，其中：1-围护结构；2-活性炭纤维织物；3-导电带；41-导电带机械连接端；5-导电线。

图5为本发明实施例5吸附净化单元（圆筒滤芯焊接式电极结构）的结构示意图，其中：1-围护结构；2-活性炭纤维织物；3-导电带；42-导电带焊接端；5-导电线。

图6为本发明实施例6吸附净化单元（圆筒滤芯熔接式电极结构）的结构示意图，其中：1-围护结构；2-活性炭纤维织物；3-导电带；43-导电带熔接层；5-导电线。。

图7为本发明实施例7电热式活性炭滤芯的结构示意图，6-绝缘分隔层。

图8为本发明实施例8电热式活性炭滤芯的结构示意图。

图9为本发明实施例9电热式活性炭滤芯的结构示意图。

图10为本发明实施例10电热式活性炭滤芯的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

如图1所示，本实施例的电热式活性炭滤芯的吸附净化单元包括活性炭床层、床层两端电极、床层内部设置温度传感器及围护结构1，活性炭床层由活性炭纤维毡2（活性炭纤维不织物）叠加而成；电极设置在活性炭床层相对两个端面，导电带3为3cm宽镍带，一层导电带3与5层活性炭纤维毡2交叠，形成不大于3cm宽的导电带3与活性炭纤维毡2的交叠区域，每片导电带3中心突出部分形成导电带机械连接端41，所述导电带机械连接端41通过螺栓紧固一体形成电极，导电带机械连接端41通过导电线5与外部电源连通。

实施例2

如图2所示，本实施例的电热式活性炭滤芯的吸附净化单元包括活性炭床层、床层两端电极、床层内部设置温度传感器及床层的围护结构1，活性炭床层由活性炭网眼布2（活性炭纤维针织物）叠加而成；电极设置在活性炭床层相对两个端面，导电带3为5cm宽铜带，一层导电带3与20层活性炭网眼布2交叠，形成不大于5cm宽的导电带3与活性炭网眼布2的交叠区域，每片导电带3突出部分折叠后通过锡焊焊接形成导电带焊接端42，将导电带3连接一体形成电极，导电带焊接端42通过导电线5与外部电源连通。

实施例3

如图3所示，本实施例的电热式活性炭滤芯的吸附净化单元包括活性炭床层、床层两端电极、床层内部设置温度传感器及床层的围护结构1，活性炭床层由活性炭纤维布2（活性炭纤维机织物）叠加而成；电极设置在活性炭床层相对两个端面，导电带3为10cm宽镍带，一层导电带3与20层活性炭纤维布2交叠，形成不大于10cm宽的导电带3与活性炭纤维布2的交叠区域，每片导电带3突出部分通过熔接导电金属，在床层端面形成导电带熔接层43，导电带熔接层43与导电带3熔接为一体形成电极，导电带熔接层43通过导电线5与外部电源连通。

实施例4

如图4所示，本实施例的电热式活性炭滤芯的吸附净化单元包括活性炭床层、床层两端电极、床层内部设置温度传感器及床层的围护结构1，活性炭床层由活性炭纤维毡2（活性炭纤维不织物）叠加而成；电极设置在活性炭床层上下两个端面，导电带3为20cm宽不锈钢带，一层导电带3与5层活性炭纤维毡2交叠，形成不大于20cm宽的导电带3与活性炭纤维毡2的交叠区域，每片导电带3中心突出部分形成导电带机械连接端41，所述导电带机械连接端41通过螺栓紧固一体形成电极，导电带机械连接端41通过导电线5与电源连通。

实施例5

如图5所示，本实施例的电热式活性炭滤芯的吸附净化单元包括活性炭床层、床层两端电极、床层内部设置温度传感器及床层的围护结构1，活性炭床层由活性炭网眼布2（活性炭纤维针织物）叠加而成；电极设置在活性炭床层上下两个端面，导电带3为30cm宽铜带，一层导电带3与20层活性炭网眼布2交叠，形成不大于30cm宽的导电带3与活性炭网眼布2的交叠区域，每片导电带3突出部分折叠后通过锡焊焊接形成导电带焊接端42，将导电带3连接一体形成电极，导电带焊接端42通过导电线5与外部电源连通。

实施例6

如图6所示，本实施例的电热式活性炭滤芯的吸附净化单元包括活性炭床层、床层两端电极、床层内部设置温度传感器及床层的围护结构1，活性炭床层由活性炭纤维布2（活性炭纤维机织物）叠加而成；电极设置在活性炭床层上下两个端面，导电带3为50cm宽不锈钢带，一层导电带3与20层活性炭纤维布2交叠，形成不大于50cm宽的导电带3与活性炭纤维布2的交叠区域，每片导电带3突出部分通过熔接导电金属，在床层端面形成导电带熔接层43，导电带熔接层43与导电带3熔接为一体形成电极，导电带熔接层43通过导电线5与外部电源连通。

需要说明的是，上述实施例1-6的电热式活性炭滤芯的吸附净化单元均可单独作为电热式活性炭滤芯使用。

实施例7

如图7所示，包含3个吸附净化单元沿通风方向叠加组合的长方体电热式活性炭滤芯结构，滤芯内沿通风方向设置2层绝缘分隔层6，将其分隔成3个独立的吸附净化单元，各个单元气流沿通风方向相互贯通，可单独连接外部电源进行电热再生，也可与其他单元串联或并联同步电热再生。

此叠加组合方式增加了长方体滤芯的床层厚度，延长吸附净化时间，避免床层过厚，带来的通电界面过大，导致的升温不均和局部高温问题。

实施例8

如图8所示，包含3个吸附净化单元沿滤芯长度方向叠加组合的长方体电热式活性炭滤芯结构，滤芯内沿与通风方向垂直方向设置2层绝缘分隔层6，将其分隔成3个独立的吸附净化单元，各单元气流互不相通，可单独连接外部电源进行电热再生，也可与其他单元串联或并联同步电热再生。

此叠加组合方式增加了长方体滤芯的通风面积，增大滤芯处理风量，可避免床层过长或过宽，带来的通电界面过大，导致的升温不均和局部高温问题。

实施例9

如图9所示，包含7个吸附净化单元沿圆周方向组合的圆筒状电热式活性炭滤芯结构，滤芯内沿圆周方向依次设置7个绝缘分隔层6，将其分隔成7个独立的吸附净化单元，各单元气流互不相通，可单独连接外部电源进行电热再生，也可与其他单元串联或并联同步电热再生。

此叠加组合方式增加圆筒体滤芯直径和通风面积，从而增大滤芯处理风量，可避免圆筒体滤芯直径过大，带来的通电界面过大，导致的升温不均和局部高温问题。

实施例10

如图10所示，包含3个吸附净化单元（图4-6任一所示的吸附净化单元）沿径向方向环套叠加组合的圆筒状电热式活性炭滤芯结构，滤芯内沿径向方向环套设置2层绝缘分隔层6，将其分隔成3个独立的吸附净化单元，环套内各个单元气流沿通风方向相互贯通，可单独连接外部电源进行电热再生，也可与其他单元串联或并联同步电热再生。

此叠加组合方式增加了圆筒体滤芯的床层厚度，延长吸附净化时间，避免床层过厚，带来的通电界面过大，导致的升温不均和局部高温问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。