一种固态风扇耦合吸附净化的中大型空气净化系统的制作方法

本发明涉及空气净化领域，特别涉及一种固态风扇耦合吸附净化的中大型空气净化系统，主要用于大风量空气净化场合。

背景技术：

目前常用的空气净化器主要是由电机、风扇、空气过滤网等系统组成，工作原理为：机器内的电机和风扇使室内空气循环流动，污染的空气通过机内的空气过滤网后将各种污染物吸附清除。

申请号为201620115410.5的中国专利文献公开了一种室内空气净化系统，该系统包括分别连通室内和室外的进风通道、出风通道，进风通道、出风通道分别与换热器的两个流体入口连通，进风通道、出风通道内均设有引风机或鼓风机；进风通道内安装有过滤设备、加湿器，过滤设备包括过滤网、静电除尘器、紫外灯、HEPA过滤器、光电离子发生器；出风通道内安装有过滤设备。该实用新型的室内空气净化系统具有进风和出风功能，能够引入室外新鲜空气并加以处理、排出室内污浊空气、改善室内环境。然而，该室内空气净化系统在除去气态污染物方面效果不佳，如甲醛、有机酸等难以除去。本发明的空气净化系统采用吸附净化，可以有效的除去气态污染物。此外这类由机械风扇驱动的系统，存在着较大的振动和噪音，机械风扇和风管难以一体化，且由于结构的限制，紧凑化非常难，气流输运的均匀性很差，气流输运过程的能源效率非常低下。

申请号为201510811961.5的中国专利文献公开了一种固态风扇耦合半导体恒温恒湿文物陈展柜，包括柜体、恒温恒湿单元以及输气单元，所述输气单元用于循环柜体内气体与恒温恒湿单元所产生的恒温恒湿气体，包括连接柜体和恒温恒湿单元的风管，提供气体循环动力的第一固态风扇以及驱动电源；本发明的输气装置采用固态风扇通过离子风来实现气体加速流动，可以为输气提供动力，克服了传统机械风机的噪音和振动、风量调节困难、均匀性差以及气流输运的能源效率低下等问题，具有均匀性好、无噪音和振动以及便于控制等优点。

对于中大型空气净化系统，所需使用的吸附净化装置体积相对较大，若使用固态风扇代替机械风扇，通过固态风扇与送风管道的一体化耦合，实现系统的紧凑化，可以大大减小送风管路的直径，节约系统加工、安装成本和安装空间。机械风扇驱动的中大型空气净化系统由于单个风管直径的增大，风管与吸附净化装置连接处需要布置均流装置，否则净化装置中心处流体速度和气流量均要大于边缘处，不利于充分利用净化剂。机械风扇驱动的中大型空气净化系统的均流装置为阻力式，会消耗流体的动能，导致气流输运的能源效率低下。

本发明采用固态风扇代替机械风扇，不仅可以实现一体化和紧凑化，减少设备所占空间。同时，还可以单独调节每一根风管内的动力，输运过程的可调控性更好。并且，采用多管送风形式，管内布置固体风扇来驱动气体流动，能够起到均流的作用，且不消耗流体的动能，实现更均匀的送风，而气流输运的能源效率得到显著提升。

技术实现要素：

针对以上机械风扇和均流装置带来的问题，本发明提供了一种固态风扇耦合吸附净化的中大型空气净化系统。

本发明的技术方案如下：

一种固态风扇耦合吸附净化的中大型空气净化系统，包括柜体、吸附净化单元以及输气单元，所述输气单元提供空气在系统中循环的动力，所述输气单元包括连接柜体和吸附净化单元的风管、提供气体循环动力的第一固态风扇、气体分配器以及驱动电源；所述的气体分配器包含至少三根并联的送风管、与送风管连接的固态风扇安装管以及用于安装送风管的送风管布置器；所述的固态风扇安装管内设有与送风管连接的管道，每个管道内安装有一个或多个第一固态风扇。

在上述技术方案中，采用第一固态风扇来提供气体流通的动力，第一固态风扇是利用电晕放电产生的离子气流实现管道内空气的循环流动；所述第一固态风扇可以通过设置多个来调节和提高风量，多个第一固态风扇串联或并联在风管管路中提供气体的驱动力，风管再与吸附净化装置以及柜体连接形成气流回路。所述的中大型空气净化系统，其净化空气量大于15m³/h。

由于近壁面粘性层作用，流体在管路中流动时，近壁面处流体速度低于流道中心处速度，同一截面上流体速度分布不均匀会导致气体进入吸附净化装置时中心速度和气流量大。因此，常规机械风扇驱动的气流输运过程，均匀性差，并且调节困难；同时，输运过程的能源效率及其低下，最终也削弱了吸附净化效果，增加了吸附净化的能源消耗。本发明中送风管均布在气体分配器的横截面上，将风管内的气体通过送风管布置器均匀送至吸附净化器；通过调节不同风管里第一固态风扇运行参数，从而调节风速，可以调节风管内流体速度的分布，不仅实现流体进入吸附净化装置时流量的均匀，同时实现横截面上速度的均匀，使得气流疏运过程的能源效率显著提升。自然，吸附净化的效果更加好，所需消耗的能源得到大幅度地减少。

同时，本发明使用气体分配器，包括固态风扇安装管、送风管和送风管布置器，每个固态风扇安装管的管道中布置单个后多个第一固态风扇，可以单独调节每根送风管内气体的流速，使进入净化装置的气流在同一横截面上流量和速度趋于一致。与传统分配器相比，本发明中所述气体分配器可以减少阻力损失，提高气体分配的精度，可调控性更高。

作为针对上述技术方案的进一步改进，本发明进一步需要解决的问题是提供一种固态风扇来作为第一固态风扇，优选的，所述的第一固态风扇包括：两端开口且与风管连接的集电极筒、安装在集电极筒一端的第一电极框架以及安装在第一电极框架上与集电极筒配合形成离子风的第一放电电极，所述集电极筒与所述风管的连接方式为法兰连接、螺栓连接或焊接，优选的为法兰连接。

作为优选，所述的第一放电电极为与集电极筒中心轴垂直的线状放电电极，所述线状放电电极的直径为0.03mm～5mm。线状放电电极设计、加工简单，同时可以减少需要布置的电极数目，易于固定，可以节约设计时间以及成本。线状放电电极为金属丝、铁丝、合金丝或钢线。

作为优选，所述的第一放电电极为垂直于集电极筒中心轴的第一电极框架上的针状放电电极，针状放电电极根部直径为2～10mm；针状放电电极的针头指向集电极筒内且方向与集电极筒的中心轴平行，所述针状放电电极为单个或者多个并列在电极框架上。针状的放电电极由于曲率半径易于制作的更小，起晕电压可以更低，更易于实现电晕放电，同时针状电极能通过调整针的朝向更好的实现对产生的离子风气流流向的控制。

作为优选，所述的第一放电电极为位于集电极筒一端内侧环状圆台状第一电极框架上的针状放电电极，所述针状放电电极为单个或者多个并列在电极框架上。可以进一步消除横跨集电极筒一端的电极框架对气流的阻碍。

为了提高单一固态风扇的风量，所述针状放电电极可以是单个或者多个并列在电极框架上。所有针状放电电极的针头均指向集电极筒内且方向与集电极筒的中心轴平行。

此外，在上述技术方案中，所述的吸附净化单元包括一端连接气体分配器的圆环形吸附净化装置，所述的吸附净化装置耦合有与吸附净化器形状相匹配的第二固态风扇。为了适应不同场合的需要，所述的吸附净化单元也可以为蛇形管状、实心圆筒、实心三角形、实心矩形状、同轴三角形或者同轴矩形状以及适应不同场合的不规则形状；所述第二固态风扇与所述吸附净化单元的形状相匹配，第二固态风扇耦合在吸附净化装置外筒的外表面或同时耦合在吸附净化装置内外表面，缓解中心处散热不均问题。

作为优选，所述的第二固态风扇包括：相互配合产生电晕风的集电极板和第二放电电极，所述集电极板为吸附净化装置的外表面、吸附净化装置外表面的翅片或者吸附净化装置一端向外突起的环形圆台，所述第二放电电极通过电极框架安装在吸附净化装置外表面一端。所述放电电极与所述集电极板间形成离子风风道。

作为优选，所述第二放电电极为针状，针状放电电极位于吸附净化装置外侧一端，集电极位于吸附净化装置外侧另一端，所述针状放电电极可以是单个或者多个环绕在电极框架上，所有针状放电电极的针头均指向集电极且方向与吸附净化装置的中心轴平行。

作为优选，所述第二放电电极为线状，线状放电电极环绕于吸附净化装置外表面，方向与吸附净化装置的中心轴平行，集电极板为吸附净化装置的外表面。

作为优选，集电极板为吸附净化装置外表面的翅片，以提高散热的效率，新增的翅片可以增大散热的有效面积，同时为固态风扇提供离子风通道；所述翅片环绕于吸附净化装置外表面，翅片方向与线状放电电极平行，每一根线状放电电极位于两个翅片中心偏上的位置。

作为优选，所述气体分配器与所述风管的连接方式为法兰连接、螺栓连接或焊接，优选的为法兰连接。

作为优选，所述的吸附装置内使用的吸附剂为活性炭、竹炭或者壳聚糖基吸附净化材料。所述壳聚糖基吸附净化材料，优选的，壳聚糖、二氧化锰与活性炭复合吸附剂，羧甲基壳聚糖与二氧化锰复合吸附剂以及羧甲基纤维素钠、壳聚糖、无机盐与二氧化锰复合吸附剂，这些吸附剂能有效地净化甲醛、二氧化硫气体、异味等。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的输气装置采用固态风扇通过离子风来实现气体加速流动，可以为输气提供动力，克服了传统机械风机的噪音和振动问题，具有无噪音、无振动等优点。

(2)本发明使用安装了固态风扇的送风管进行布流，使进入吸附净化装置的流体在同一横截面上流量和速度都趋于一致，相比于传统通过分配阻力来进行布流的均流装置，本发明的布流装置可以显著提升气流输运过程的均匀性，提升输运过程能源效率，最终提升净化效果，降低净化过程的能源消耗。有效地减少流体动能的损失，且每一根送风管内的固态风扇可以单独调节，从而实现了布流的可控性，提高了布流的灵活性。

(3)固态风扇的参数可以根据需要灵活设计，通过串联或者并联固态风扇可以方便的调整风量，也可以通过调整每一根风管内固态风扇的放电电极的曲率半径、集电极与放电电极之间的距离等参数，从而调整风速和风量，因此系统具有更好的可调控性，灵活性好、适应性强。

(4)不同空间所需去除的污染物不同，污染物的含量也不同，将固态风扇与吸附净化装置耦合使用，通过固态风扇循环参数与典型吸附处理器、典型气态污染物及带出空间参数之间的相互配合，可以灵活搭配出不同风量、适宜去除不同污染气体的空气净化系统，净化效率显著提升，净化过程的能源消耗大幅度降低。

(5)通过固态风扇与送风管道的一体化耦合，实现系统的紧凑化，可以大大减小送风管路的直径，节约系统加工、安装成本和安装空间。

附图说明

图1为本发明一种固态风扇耦合吸附净化的中大型空气净化系统的整体系统结构示意图；

图2(a)为实施例1中吸附净化装置与气体分配器连接示意图；(b)为多管送风结构示意图；(c)为管内流体速度分布示意图；

图3为实施例1中第二固态风扇与吸附净化装置耦合的立体结构示意图；

图4为实施例1中第一固态风扇的立体结构示意图；

图5为实施例2中第二固态风扇与吸附净化装置耦合的立体结构示意图；

图6为实施例3中第二固态风扇与吸附净化装置耦合的立体结构示意图；

图7为实施例4中第二固态风扇与吸附净化装置耦合的立体结构示意图；

图8为实施例5中第一固态风扇的立体结构示意图；

图9为实施例6中第一固态风扇的立体结构示意图。

其中：1、柜体；2、吸附净化装置；3、第一固态风扇；4、气体分配器；401、固态风扇安装管；402送风管；5、驱动电源；6、导线；7、第二放电电极；701、第一放电电极；8、第二电极框架；801、第一电机框架；9、集电极板；901、集电极筒；10、风管；11、送风管布置器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明一种固态风扇耦合吸附净化的中大型空气净化系统作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例的固态风扇耦合吸附净化的中大型空气净化系统，包括柜体1、吸附净化单元以及输气单元，输气单元提供空气在系统中循环的动力，包括连接柜体1和吸附净化单元的风管10、提供气体循环动力的第一固态风扇3、气体分配器4、驱动电源5以及连通驱动电源5的导线6。吸附净化单元为一端连接气体分配器4的圆筒状吸附净化装置2。

第一固态风扇3是利用电晕放电产生的离子气流实现管道内空气的循环流动。通过对第一固态风扇3驱动电源电压的控制，改变输送风速，提供不同风量的未处理空气至气体分配器4，经过气体分配器4的空气均匀的进入吸附净化装置2，净化后的空气在固态风扇3的驱动下，由风管10送至柜体1，实现对柜体内空气的循环输送和净化。

如图2(a)所示，气体分配器4的结构包括固态风扇安装管401、送风管402和送风管布置器11，六根送风管402的一端均匀布置在固态风扇安装管401内，另一端均匀布置在送风管布置器11内，送风管内安装有第一固态风扇3，第一固态风扇3的安装数量和位置可以根据需要进行调整；固态风扇安装管401的另一端与风管10采用法兰连接；送风管布置器11的另一端与吸附净化装置2采用焊接的方式连接。

如图2(b)所示，为吸附净化装置的多管送风结构示意图，其中包含9根送风管均匀分布在吸附净化装置2内。由图可知，送分管的布置可以使空气在进入吸附净化装置时，在同一横截面上流体的质量分布和速度分布都趋于均匀，从而提高吸附净化装置的效率。

如图2(c)所示，为管内流体速度分布示意图，由图可知，由于壁面粘性层的作用，近壁面处流体速度低于流道中心处速度，同一流道截面上，流体的速度分布不均匀，这会导致流体进入吸附净化装置2时，中心处速度较快，吸附净化的效果减弱；在固态风扇安装管401中的送风管402内布置第一固态风扇3，不仅可以起到驱动气体流动的作用，还可以通过调节放电电极的供电电压，改变不同送风管402内的风速，实现对流体速度的调整，使得流体进入吸附净化装置2时同一截面速度趋于均匀。

如图3所示，吸附净化装置2耦合有与吸附净化器形状相匹配的第二固态风扇。第二固态风扇是利用电晕风来实现对吸附净化装置散热冷却的目的，包括相互配合产生电晕风的集电极板9和第二放电电极7，集电极板9为吸附净化装置2的外表面，第二放电电极7通过第二电极框架8安装在吸附净化装置2外表面一端。第二放电电极7与集电极板9间形成离子风风道。

本实施例中第二固态风扇的结构为针板式，针状第二放电电极7的针头指向集电极板9且方向与吸附净化装置2的中心轴平行，第二电极框架8为吸附净化装置2外表面一端的环形圆台，放电电极7为钢针，安装在第二电极框架8上，通过导线6连接到驱动电源5的正极上，集电极板9为圆环状铝合金片，置于吸附净化装置2与第二放电电极7相对的一端，形成的离子风从第二放电电极7指向集电极板9，为了保证安全，吸附净化装置2的外表面使用硅胶绝缘。

如图4所示，本实施例中第一固态风扇为线-管式，包括：两端开口且与风管10连接的集电极筒901、安装在集电极筒901一端的第一电极框架801以及安装在第一电极框架801上与集电极筒901配合形成离子风的第一放电电极701，第一放电电极701的直径为0.03mm～5mm，集电极筒901与风管10的连接方式为法兰连接。第一放电电极701采用镀锌铁丝，通过导线6连接在驱动电源5的正极上，集电极筒901作为集电极通过导线6连接在驱动电源5的负极上，为了安全，集电极筒901的内表面为铝合金板，外表面为有机玻璃板，第一放电电极701与集电极筒901连接的部分使用橡胶绝缘，保证两个电极之间为断路。第一固态风扇3的安装数量和位置可以根据需要进行调整。

本实施例中在柜体1和吸附净化装置2的进出口分别设有第一固态风扇3来提供气体的驱动力。根据系统的大小、风量、管道阻力的差异等因素，第一固态风扇3的数目可以采用多个，多个固态风扇可以串联在风管10上，也可以并联后再与风管10相连。

本实施例结构简单，尤其是吸附净化装置结构简单，易于制造，由于放电电极与集电极间产生电晕现象受限于二者之间的间距，因此第一固态风扇3需要做的体积比较小，可以通过串联或并联多个固态风扇来提高送风量。

实施例2

本实施例的固态风扇耦合吸附净化的中大型空气净化系统除了第二固态风扇的结构以外，其余结构都与实施例1相同。

如图5所示，本实施例中第二固态风扇的结构为多针-板式结构，针状的第二放电电极7为钢针，作为第二固态风扇的放电极固定在吸附净化装置2外表面圆环形第二电极框架8一侧上，第二电极框架8的另一侧安装集电极板9，第二电极框架8两侧使用环状铝合金片，中间夹层使用硅胶绝缘，针状放电电极的针头指向集电极板9且方向与吸附净化装置2的中心轴平行。

针状的第二放电电极7通过导线6连接到驱动电源5的正极上，集电极板9作为固态风扇的集电极通过导线6连接到驱动电源5的负极上，形成的离子风从针状第二放电电极7吹向集电极板9，第二固态风扇与风管10采用法兰连接。为了安全，吸附净化装置2的外表面使用硅胶绝缘。

本实施例中，串联了多个集电极与放电电极，相比实施例1，本实施例的第二固态风扇耦合吸附净化装置2可以做的比较大，散热充分，适用于较大型空气净化系统。

实施例3

本实施例的固态风扇耦合吸附净化的中大型空气净化系统除了第二固态风扇的结构以外，其余结构都与实施例1相同。

如图6所示，本实施例中固态风扇3的结构为多线-板式结构，线状的第二放电电极7作为第二固态风扇的放电极固定在吸附净化装置2外表面两端圆环形第二电极框架8上，集电极板9为环绕在吸附净化装置2外表面的矩形翅片。第二放电电极7采用不锈钢线，通过导线6连接在驱动电源5的正极上，集电极板9作为集电极通过导线6连接在驱动电源5的负极上；形成的离子风从线状第二放电电极7吹向集电极板9，第二固态风扇与风管10采用法兰连接，第二电极框架8与吸附净化装置2外表面连接的地方使用橡胶绝缘。

本实施例中，直接用翅片作为集电极，显著地增大了散热的有效面积，且现状的放电电极易于加工制造，降低了生产的时间成本。

实施例4

本实施例的固态风扇耦合吸附净化的中大型空气净化系统除了吸附净化装置2的结构和第二固态风扇的布置以外，其余结构都与实施例2相同。

如图7所示，本实施例中吸附净化装置2为环状结构，吸附剂安装于内外环之间，相比于实施例2，本实施例在改造的吸附净化装置2内筒内表面也布置了针-板式第二固态风扇，内外固态风扇的第二放电电极7和集电极9的形式、布置与接线均与实施例2相同。

本实施例由于使用了环状吸附净化装置，且内外环均设置了散热用固态风扇，因此吸附剂的散热效果更加显著，有效缓解了中心处吸附剂散热不佳的问题。

实施例5

本实施例的固态风扇耦合吸附净化的中大型空气净化系统除了第一固态风扇的结构以外，其余结构都与实施例1相同。

如图8所示，本实施例中第一固态风扇3的结构为针-管式结构，针状的第一放电电极701作为第一固态风扇3的放电极固定在集电极筒901一侧的第一极电极框架801上，针状的放电电极根部直径为2～10mm；针状放电电极的针头指向集电极筒内且方向与集电极筒的中心轴平行。针状的第一放电电极701为钢针。针状的第一放电电极701通过导线6连接到驱动电源5的正极上，集电极筒901作为第一固态风扇3的集电极通过导线6连接到驱动电源5的负极上，形成的离子风从针状的第一放电电极701吹向集电极筒901。第一固态风扇3与风管10采用法兰连接。为了安全，集电极筒901的内表面为铝合金，外表面使用橡胶绝缘，第一极电极框架801与集电极筒901连接的部分使用橡胶绝缘，保证两个电极之间为断路。

本实施例由于使用针状的第一放电电极，因此起晕电压可以更低，更易于实现电晕放电，同时针状电极能通过调整针的朝向更好的实现对产生的离子风气流流向的控制。

实施例6

本实施例的固态风扇耦合吸附净化的中大型空气净化系统除了第一固态风扇的结构以外，其余结构都与实施例1相同。

如图9所示，本实施例中第一固态风扇3的结构为多针-管式结构，采用多个针状的第一放电电极701作为放电极，多个金属针位于集电极筒901一端内侧环状凸台上。然后通过导线6连接到驱动电源5的正极上，集电极筒901作为第一固态风扇3的集电极通过导线6连接到驱动电源5的负极上，形成的离子风从针状的第一放电电极701吹向集电极筒901。第一固态风扇3与风管10采用法兰连接。为了安全，集电极筒901的内表面为铝合金，外表面使用橡胶绝缘，第一极电极框架801与集电极筒901连接的部分使用橡胶绝缘，保证两个电极之间为断路。

本实施例的第一固态风扇，可以有效消除横跨集电极筒一端的电极框架对气流的阻碍，同时，可以增大近壁面的气体流速，使风管同一圆截面上的气体流速分布的更加均匀。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。