本发明属于静电除尘技术领域，涉及一种室外新风和室内循环风细颗粒净化的技术，具体地说，是指一种室外新风和室内空气细颗粒电凝并方法与装置。
背景技术：
当前，细颗粒(空气动力学直径小于2.5μm的颗粒)已成为我国许多城市的首要空气污染物，同样，细颗粒也是室内主要污染物之一。随着我国经济的发展,人们环保意识的加强,对于室内的生活、工作环境，尤其是室内空气质量越来越重视。流行病学与毒理学研究均表明：降低颗粒污染物浓度能够显著提高身体健康水平。正因为如此，经济高效的室内颗粒物污染控制方法和装置越来越受关注。
现有室外新风和室内循环风颗粒物的净化技术以hepa过滤技术和静电捕集技术为主，hepa过滤技术对细颗粒虽然有较好的过滤效果，但hepa过滤存在滤网风阻较大致使其耗能高、滤网需定期更换致使其运行费用高，以及滤饼易滋生有害细菌等不足。静电除尘技术风阻小，无耗材花费，但对细颗粒捕集效率不高，尤其是粒径小于1μm的超细颗粒，在粒径小于2.5μm的细颗粒中质量占比通常在50％以上。直径小的颗粒，被吸入人体中不易被阻挡，会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病，并且颗粒物直径越小，在人体内的沉积越深入越持久，对人体造成更大的危害。
借助外力使颗粒，尤其是细颗粒凝并长大是提高静电除尘效率的主要途径之一。电凝并是通过电场力的作用使颗粒荷电而发生凝聚，使颗粒粒径增大而便于捕集的方法,作为工业电除尘前处理技术被提出和研究。然而，针对室外新风和室内循环风细颗粒的电凝并研究和应用还鲜见。
公开日为2016年7月13日，公开号为cn105757794的发明专利申请中，公开了一种集成可水洗直流静电凝并吸附和hepa过滤的空气净化系统，该系统包括净化器主体及其内部设置的塔式风道。在塔式风道内部设置静电凝并模组，采用施加有直流9000v正、负高压的导电层片使进入塔式风道气流中的颗粒物荷电凝并。该方案虽然提出了利用凝并技术解决室内细颗粒物难捕集的问题，但未给出异极性荷电颗粒如何实现接触、碰撞从而凝并的具体方案。在未保证荷不同电性的颗粒物充分混合、碰撞的条件下，难以保证凝并有益效果的实现，以及后续捕集效率的提升。
另一方面，在低的气流阻力条件下，形成有利于颗粒的荷电以及荷不同电性颗粒的碰撞和接触，是实现电凝并技术在室外新风和室内循环风净化工程应用的前提。然而，迄今尚未见此方面的研究和专利报道。
综上所述，如何提供一种高效、低阻的促进室外新风和室内空气细颗粒电凝并的方法与装置，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
为了解决现有静电除尘技术应用于室外新风和室内空气的细颗粒净化，本发明提供一种结构简单、气流阻力低，能提高对于细颗粒除尘效率的电凝并方法和装置。
本发明提供的室外新风和室内空气细颗粒电凝并方法和装置，通过如下方式实现：
含有颗粒物的室外新风和室内空气依次通过预除尘区、电凝并区和高效除尘区；在预除尘区，去除可能导致电凝并区放电不稳定的大颗粒(空气动力学直径大于10μm的颗粒)；在电凝并区，根据处理对象和要求的凝并效果，气流先后通过一个或多个电离荷电-凝并长大段，在每个电离荷电-凝并长大段，气流所含细颗粒在极性相反的高压放电场中分别荷上异极性电荷，再使荷异极性电荷的细颗粒接触，实现凝并长大；在高效除尘区，采用静电或纤维过滤方式实现高效除尘。
所述的电凝并装置可作为室外新风和室内空气净化装置的一个部分，置于预除尘区及高效除尘区(静电除尘或纤维过滤除尘)之间。
所述的电凝并区包括一个或多个电离荷电-凝并长大段，所述的电离荷电-凝并长大段采用四种方式实现，分别是线板式电极配置、配导流柱的线板式电极配置、线管式电极配置和配导流柱的线管式电极配置，通常形成整体组件。
与现有技术比较，本发明的优点是：
(1)去除细颗粒的效率高；
传统的静电式室外新风和室内空气除尘器采用相同极性高压放电的单区(电离荷电和集尘在同一电场)或双区(电离荷电和集尘在两个不同的电场)线板式结构。由于细颗粒，尤其是占比在50％小于1μm的超细颗粒荷电量少，致使捕集效率不高。本发明提供的电凝并电场中，分别采用正、负直流高压放电，使待净化空气中的细颗粒先进行不同极性的荷电，然后，使带不同电极性的细颗粒凝并长大。因而，有利于细颗粒，尤其是小于1μm的颗粒的捕集。在1-3m/s进风风速下，经过电凝并区之后，气流中的细粒子凝并长大，特别是直径小于1μm的颗粒物可凝并为1μm以上的颗粒，从而使后接静电除尘器的去除效率可达95％以上，若后接纤维过滤，则可在一定程度上降低气流阻力并防止有害微生物滋生。
(2)窄极间距为细颗粒快速荷电创造了有利条件；
当施加在电晕线上的电压升至一定值时，在电晕线附近的电晕区范围内电场强度极高，可电离空气产生离子和电子，这些离子和电子在电场力作用下高速运行，并与颗粒碰撞而使后者荷电。不过，电晕区范围很小，在电晕外区，电场强度迅速降低，荷电效果也相应显著降低。本发明提供的电凝并方法和装置基于室外新风和室内空气净化适宜采用的同极间距为10-50mm的电场实现，颗粒物荷电过程控制在有效且相对高效电晕区内，更有利于颗粒荷电。
(3)多次荷电-凝并更有利于细颗粒的凝并；
在本发明所提供的电凝并方法和装置中，气流中颗粒物分别荷上电晕放电产生的正、负电荷，通过板状接地极、管状接地极或导流柱时，含荷电颗粒的气流一分为二，并分别进入相邻的气流通道，为荷不同极性颗粒的接触从而凝并长大创造了条件。凝并后的颗粒可再次荷电凝并长大，从而提高对于细颗粒的去除效率。
值得注意的是，在线管式电凝并组件中所述管状接地极既作为接地极，也可充当导流柱起分流作用，使带有正、负不同电荷的颗粒物随气流在相邻管状接地极形成的通道内流动并充分混合。
(4)荷电凝并组件气流阻力小；
本发明方法与装置中提供了四种线板式或线管式电极配置实施方式，一方面利用线板或线管布置方式改变或引导含尘气流的流动方向，合理利用流体自身“湍流”流动多向、无序的特点，降低气流无组织脉动造成的阻力。另一方面，利用管状接地极充当导流柱或在线板(管)式电凝并组件中增设导流柱诱导气流方向，使气流中正、负不同极性的细颗粒在速度或者方向上产生差异，并使含颗粒的气流平滑地通过电凝并电场，在低气流阻力条件下实现异极性颗粒的荷电及充分的碰撞凝并。
(5)荷电凝并组件结构简单、维护方便；
本发明采用现有静电除尘器常用的电极材料及导流柱材料，不需特殊加工；采用一台正直流高压及一台负直流高压同时实现颗粒物的荷电与异极性凝并，电极布置便于实现。本发明提供的装置为一个便于装卸的整体，连续使用一段时间之后，可将所述的荷电凝并组件取出，用水清洗沥干或用软毛刷将沉积在接地极上的颗粒物刷去后，再装入系统中使用，拆卸、清洗简便。
附图说明
图1是本发明提供的室外新风和室内空气颗粒净化系统示意图；
图2是本发明提供的线板式电极配置方式的实现装置示意图；
图3是图2线板式电极配置方式的内部气流中颗粒电凝并示意图；
图4是本发明提供的带导流柱的线板式电极配置方式的实现装置示意图；
图5是图4带导流柱的线板式电极配置方式的内部气流中颗粒电凝并示意图；
图6是本发明提供的线管式电极配置方式的实现装置示意图；
图7是图6线管式电极配置方式的内部气流中颗粒电凝并示意图；
图8是本发明提供的带导流柱的线管式电极配置方式的实现装置示意图；
图9是图8带导流柱的线管式电极配置方式的气流中颗粒电凝并示意图。
图中：
1.框架；2.板状接地极；3.铝杆；4.电晕线；5.导管；
6.螺钉；7.板框架；8.线柱框架；9.导流柱；10.线管框架；
11.管状接地极；12.管框架；13.柱框架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明提供一种室外新风和室内空气细颗粒电凝并方法，参照图1，待净化空气经预除尘区去除可能导致电凝并区放电不稳定的大颗粒，进而引入本发明电凝并区，在电凝并区，根据处理对象和要求的凝并效果，气流先后通过一个或多个电离荷电-凝并长大段。在每个电离荷电-凝并长大段，气流所含细颗粒在极性相反的高压放电场中分别荷上异极性电荷，再使荷异极性电荷的颗粒接触，实现凝并长大。在高效除尘区，采用静电或纤维过滤方式实现高效除尘。若设置了两个以上的电离荷电-凝并长大段，则从上一个电离荷电-凝并长大段出来的气流顺次通过下一个电离荷电-凝并长大段。最后，气流进入高效除尘区实现空气的净化。
本发明所述的电凝并方法通过电凝并装置实现。所述的电凝并装置采用线板式电极配置、配导流柱的线板式电极配置、线管式电极配置和配导流柱的线管式电极配置方式中的任意一种以上，形成一个以上的电离荷电-凝并长大段。
如图3所示，所述的线板式电极配置，迎风断面上等距离布设由板状接地极隔开的多个气流通道，各气流通道中心布设电晕线，相邻气流通道的电晕线施加极性相反的直流高压，使通过的细颗粒荷上极性相反的电荷；各气流通道含有荷电细颗粒的气流被后接的板状接地极一分为二，于是，相邻且荷异极性电荷的细颗粒发生接触，实现凝并长大；若沿气流方向布设两个以上的线板式电极配置单元，则前后两个线板式电极配置单元错位半个气流通道，即后一线板式电极配置单元的板状接地极正对着前一线板式电极配置单元中的电晕线，该板状接地极实际起到气流隔板的作用；后一线板式电极配置单元的电晕线正对着前一线板式电极配置单元的板状接地极，在两个线板式电极配置单元之间留有足够长的过渡区域，确保荷异极性电荷的细颗粒接触，实现凝并长大。
如图2所示，基于所述的线板式电极配置方式，本发明提供的一种线板式电极配置实现装置，将所述的板状接地极和电晕线集成在一个矩形框架1上，多个矩形框架1相互平行的串接在四根导杆3上，并且通过螺钉6固定，相邻的两个框架1之间通过套在导杆3上的导管5隔开。所述的电晕线4上下两端与正或负极性5-10kv高压电源相连，并且板状接地极2与电晕线4共面。所述的电晕线一般采用镍铬合金圆形线、星型线或者芒刺线。两个以上的框架1在垂直于气流流动方向上呈方向相反的等距平行布置，且前一排的电晕线4与后一排的电晕线4接不同极性高压电源。所述的导管5长度即同极距距离10～50mm。
使用一段时间后，可将所述的框架整体取出，用水清洗沥干或用软毛刷将沉积在板状接地极2和电晕线4上的颗粒物刷去后，再组装使用，拆卸、清洗简便。
如图5，所述的配导流柱的线板式电极配置，迎风断面上等距离布设由板状接地极隔开的多个气流通道，各气流通道中心布设电晕线，相邻气流通道的电晕线施加极性相反的直流高压，使细颗粒荷上极性相反的电荷；各气流通道出口处设置导流柱，导流柱正对着电晕线，含有荷电细颗粒的气流到达导流柱被分流，于是，从相邻气流通道排出的荷异极性电荷的细颗粒发生接触，实现凝并长大；若沿气流方向布设两个以上配导流柱的线板式电极配置单元，则前后两个配导流柱的线板式电极配置单元不错位，即前后两个线板式电极配置单元的板状接地极和电晕线一一对应，只是借助前后两个配导流柱的线板式电极配置单元之间的导流柱实现气流分流，以及荷异极性电荷的细颗粒接触、凝并长大。
如图4所示，是本发明提供的一种配导流柱的线板式电极配置方式实现装置，在框架a7上安装两个板状接地极2，在框架b8上安装两个电晕线4和两个导流柱9，间隔布置，框架a7和框架b8一组，多组串接在导杆3上并通过螺钉6固定。相邻的框架a7和框架b8之间通过套在导杆3上的导管5隔开。
所述的电晕线一般采用镍铬合金圆形线、星型线或者芒刺线，同一框架上两电晕线分别外接不同极性5-10kv高压电源。导流柱9的中心与电晕线4中心共面，且导流柱9的中心与电晕线4中心连线的距离大于电晕线4在垂直于气流方向与其对应板状接地极2的距离。所述的导管5长度即同极距距离10～50mm。
如图7所示，本发明提供的线管式电极配置，气流依次通过电晕线和管状接地极，第一迎风断面上的相邻电晕线施加极性相反的直流高压，间距相等；第二迎风断面上的管状接地极间距相等；两个迎风断面上的管状接地极正对着电晕线，含有细颗粒的气流先通过电晕线并使得细颗粒荷电。含荷电细颗粒的气流继续前进并在管状接地极处被分流。于是，相邻且荷异极性电荷的细颗粒发生接触，实现凝并长大；若沿气流方向布设两个以上线管式电极配置单元，则前后两个线管式电极配置单元的电晕线和管状接地极沿气流一一对应，而且前后两个线管式电极配置单元的电晕线上施加极性相反的直流高压。
如图6所示，是本发明提供的一种线管式电极配置的实现装置，在线管框架10上安装管状接地极11和电晕线4，二者间隔布置，根据实际需要调整距离。所述的电晕线4上下两端与正或负极性5-10kv高压电源相连,并且管状接地极11与电晕线4共面；两排或两排以上线管框架10在垂直于气流流动方向上呈方向相同的等距平行布置，且前一排的电晕线4与后一排的电晕线4与不同极性电源相接；两排以上的线管框架10通过铝杆3贯穿，并由螺钉6固定；相邻框架10之间通过套在铝杆3上的导管5间隔；所述的导管5长度即同极距距离10mm～50mm。
如图9所示是本发明提供的配导流柱的线管式电极配置方式，所述的配导流柱的线管式电极配置，是指迎风断面上等距离布设管状接地极，相邻两个管状接地极形成气流通道，气流通道的中心布设电晕线，任意相邻的两个电晕线上施加极性相反的直流高压，使细颗粒荷上极性相反的电荷；含有荷电细颗粒的气流经过正对着电晕线的导流柱被分流。于是，相邻气流通道的荷异极性电荷的细颗粒发生接触，实现凝并长大；若沿气流方向布设两个以上配导流柱的线管式电极配置单元，则前后两个配导流柱的线管式电极配置单元不错位，即前后两个配导流柱的线管式电极配置单元的管状接地极和电晕线一一对应，只是借助前后两个配导流柱的线管式电极配置单元之间设置的导流柱实现气流分流，以及荷异极性电荷的细颗粒接触、凝并长大。
如图8所示，本发明提供的一种配导流柱的线管式电极配置方式的实现装置，在管框架12上依次固定第一根电晕线、第一根导流柱、第二根电晕线、第二根导流柱、第三根电晕线和第三根导流柱，所述的柱框架13上安装三个管状接地极11；所述的管框架12和柱框架13在垂直于气流流动方向上等距平行呈方向相反布置。所述的配导流柱的线管式电极配置结构中，导流柱当量半径小于管状接地极半径；所述导流柱9的中心与电晕线中心共线共面，且导流柱9的中心与电晕线4中心连线的距离大于电晕线4在垂直于气流方向与其对应管状接地极11的距离。所述的管框架12和柱框架13通过铝杆3贯穿，并由所述螺钉固定6；相邻框架之间通过套在铝杆上的导管5间隔；所述的导管5长度即同极距距离10～50mm。
所述的导流柱为塑料或玻璃制成的柱体，截面形状为圆形、菱形或者流线型，其直径大于电晕线的直径。
根据出气口粒子直径要求，可以调整电凝并区内线管式电极配置方式或线板式电极配置方式的单元数量，以满足排放气体中颗粒物的质量、体积和粒径等要求。
本发明提供的室外新风和室内空气颗粒电凝并方法与装置，可广泛用于室外新风和室内循环风净化所用空气净化器中以保障居室、宿舍、办公室等各类有限空间环境的空气质量。