一种静电吸附式轴流旋风空气过滤装置及系统

摘要

本发明公开了一种静电吸附式轴流旋风空气过滤装置及系统，该装置包括外筒，所述外筒包括静电吸附部，所述静电吸附部用于对位于其内侧的荷电颗粒物形成有吸引作用的库仑力以便对超细颗粒物达到目标过滤效率。该装置采用了导电材质的静电吸附部并接地，以此增加了旋转运动的荷电颗粒物与静电吸附部内壁之间的吸附库仑力，使得荷电颗粒物更容易贴附在静电吸附部内壁上向前运动，同时增强了异极性荷电颗粒物之间的凝并效果，从而大大提高了轴流旋风除尘装置对含尘空气中细小颗粒物的过滤效率。

说明书

技术领域

本发明涉及空气净化和环境保护技术领域，特别是涉及一种对超细颗粒物(PM2.5)的过滤效率优良的静电吸附式轴流旋风空气过滤装置及系统。

背景技术

随着人们对空气品质重要性认识的提高和工业生产对周围环境洁净度要求的提高，空气过滤已成为工业建筑空气处理的最基本要求。根据污染物种类、浓度、粒径、比重及净化程度的不同，也出现了多种多样的空气过滤除尘设备和技术，根据国家标准GB/T14295-2008空气过滤器和GB/T13554-2008高效空气过滤器的规定，按过滤性能可分为：粗效、中效、高中效、亚高效、高效几个类别，工程上会根据不同场合配备不同过滤级别的过滤器或将几种过滤器串联使用，以提高过滤效率及容尘量。

一般来说，对于颗粒物粒径或比重较大的含尘空气，只需采用粗效或中效即可，这类过滤器种类多、结构简单、价格低且效果也很稳定。但对于粒径≤1μm的颗粒物，则要求至少要采用高中效级别以上的过滤器，在这类过滤器中最常用的就是以用纤维材料制成的高效过滤器和以静电作用为技术的双区静电过滤器。而实际应用中发现，二者虽能达到预定的过滤效率，但对于含尘浓度较大的场合，高效过滤器运行一段时间后需频繁更换，通风阻力可达500Pa以上，而静电过滤器由于容尘量较小也需要频繁清洗，否则过滤效率急剧下降。

为解决常规高效过滤器运行一段时间后需频繁更换，以及双区式静电过滤器在清洗维护方面的不便性，本发明人曾发明一款轴流旋风凝并式空气过滤装置，专利号：ZL201920371093.7。该发明是在轴流旋风过滤器的进风侧增加异极性荷电区域，使空气中颗粒物荷上异极性电荷并在轴流旋风筒中凝并成大颗粒物，从而增加颗粒物在旋风筒内的离心力，进而提高过滤效率。实验测试表明：和传统的轴流旋风除尘装置相比，该发明技术对≥0.5μm颗粒物的计数过滤效率提高了15％以上。按国家标准GB/T14295-2008，传统的轴流旋风除尘装置属于“粗效1”过滤级别；采用该发明技术后，轴流旋风除尘装置能达到“中效2”过滤级别。

为进一步提高轴流旋风除尘装置的空气过滤效率，本申请是在原专利所涉及装置的基础上继续加以改进，旨在进一步提高轴流旋风除尘装置对超细颗粒物(PM2.5)的过滤效率。

发明内容

本发明提供了一种静电吸附式轴流旋风空气过滤装置及系统。可有效提高空气中超细颗粒物(PM2.5)的过滤效率，以扩展轴流旋风除尘装置的应用场合。实验测试表明：采用本申请提供的方案，轴流旋风除尘装置的过滤级别可进一步提升到“高中效”级别，可广泛应用于通风空调系统和工业除尘领域。

本发明提供了如下方案：

一种静电吸附式轴流旋风空气过滤装置，包括：

外筒，所述外筒包括静电吸附部，所述静电吸附部用于对位于其内侧的荷电颗粒物形成有吸引作用的库仑力以便对超细颗粒物达到目标过滤效率。

优选地：所述静电吸附部的材质为导电材质，所述静电吸附部与大地电连接使所述静电吸附部处于零电位状态。

优选地：所述外筒包括绝缘部，所述外筒的内侧形成有导流体以及导流叶片；所述导流叶片位于所述外筒的进风侧的一端与所述绝缘部以及所述静电吸附部的交接处重合。

优选地：还包括出风筒，所述出风筒的两端均开放，所述出风筒与所述静电吸附部同轴向布置且其中一端延伸至所述静电吸附部的内部；所述出风筒的外壁靠近远离所述静电吸附部的一端形成有环形挡板；所述环形挡板用于将所述静电吸附部的内侧与所述出风筒的外侧之间的沿所述静电吸附部轴向流通的气流流道阻断。

优选地：所述导流体、所述导流叶片、所述出风筒以及所述环形挡板的材质均为绝缘材质。

优选地：所述导电材质为金属材质、非金属导电材质中的任意一种。

一种包含上述静电吸附式轴流旋风空气过滤装置的系统，所述系统包括：

至少一套所述静电吸附式轴流旋风空气过滤装置；

荷电装置，所述荷电装置用于向至少一套所述静电吸附式轴流旋风空气过滤装置提供包含荷电颗粒物的待过滤气流。

优选地：包括至少两套所述静电吸附式轴流旋风空气过滤装置；至少两套所述静电吸附式轴流旋风空气过滤装置同轴向布置，相邻两套所述静电吸附式轴流旋风空气过滤装置各自包含的所述静电吸附部通过导电连接筋相连。

优选地：所述荷电装置为异极性荷电装置。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过本发明，可以实现一种静电吸附式轴流旋风空气过滤装置及系统，在一种实现方式下，该装置可以包括外筒，所述外筒包括静电吸附部，所述静电吸附部用于对位于其内侧的荷电颗粒物形成有吸引作用的库仑力以便对超细颗粒物达到目标过滤效率。该装置采用了导电材质的静电吸附部并接地，以此增加了旋转运动的荷电颗粒物与静电吸附部内壁之间的吸附库仑力，使得荷电颗粒物更容易贴附在静电吸附部内壁上向前运动，同时增强了异极性荷电颗粒物之间的凝并效果，从而大大提高了轴流旋风除尘装置对含尘空气中细小颗粒物的过滤效率。

当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种静电吸附式轴流旋风空气过滤装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种包含上述静电吸附式轴流旋风空气过滤装置的系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的荷电装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的系统包含多套上述静电吸附式轴流旋风空气过滤装置的结构示意图。

图中：外筒1、静电吸附部11、绝缘部12、导流体2、导流叶片3、出风筒4、环形挡板5、荷电装置6、供电电源61、正电晕极62、负电晕极63、接地板64、绝缘端子65、V形导流板66、导电连接筋7、排尘槽8。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参见图1，为本发明实施例提供的一种静电吸附式轴流旋风空气过滤装置，如图1所示，该装置包括外筒1，所述外筒1包括静电吸附部11，所述静电吸附部11用于对位于其内侧的荷电颗粒物形成有吸引作用的库仑力以便对超细颗粒物达到目标过滤效率。

轴流旋风空气过滤装置的工作原理是空气中的颗粒物在流经荷电装置后被荷上电荷，之后在轴流旋风除尘装置内部借助离心力和库仑力的双重作用使荷电颗粒物贴附在外筒的内表面向前运动，并在轴流旋风除尘装置的出风筒处与气流进行分离，掉入排尘槽中。本申请提供的方案中，使外筒1的一部分形成静电吸附部11，该静电吸附部的点位可以为零，由于静电吸附部处于零电位状态，荷电颗粒物和静电吸附部之间形成有吸引作用的库仑力，大大增加了荷电颗粒物向静电吸附部内表面贴附的移动速度。具体的，所述导电材质为金属材质、非金属导电材质中的任意一种。优选采用金属材质或导电塑料制作而成，可根据不同应用场合进行选材。

进一步的，为了使静电吸附部实现零电位，所述静电吸附部11的材质为导电材质，所述静电吸附部11与大地电连接使所述静电吸附部11处于零电位状态。具体的，所述外筒1包括绝缘部12，所述外筒1的内侧形成有导流体2以及导流叶片3；所述导流叶片3位于所述外筒1的进风侧的一端与所述绝缘部12以及所述静电吸附部11的交接处重合。本申请提供的外筒形成绝缘部以及静电吸附部两段，可以保证荷电颗粒物在经过导流体以及导流叶片导流之前不会被绝缘部吸引。保证荷电颗粒物尽量多的进入静电吸附部的内侧，达到提高过滤效果的目的。

进一步的，还包括出风筒4，所述出风筒4的两端均开放，所述出风筒4与所述静电吸附部11同轴向布置且其中一端延伸至所述静电吸附部11的内部；所述出风筒4的外壁靠近远离所述静电吸附部11的一端形成有环形挡板5；所述环形挡板5用于将所述静电吸附部11的内侧与所述出风筒4的外侧之间的沿所述静电吸附部11轴向流通的气流流道阻断。所述导流体2、所述导流叶片3、所述出风筒4以及所述环形挡板5的材质均为绝缘材质。外筒除了静电吸附部以外的其他元件均采用绝缘材质，这样可以保证荷电颗粒物不会被其他元件吸引，使得荷电颗粒物均可被吸附于静电吸附部的表面。

该装置采用了导电材质的静电吸附部并接地，以此增加了旋转运动的荷电颗粒物与静电吸附部内壁之间的吸附库仑力，使得荷电颗粒物更容易贴附在静电吸附部内壁上向前运动，同时增强了异极性荷电颗粒物之间的凝并效果，从而大大提高了轴流旋风除尘装置对含尘空气中细小颗粒物的过滤效率。

按照上述装置实验测试对比数据如下：

从上述实验数据可以看出：本申请提供的过滤装置相对无论传统的轴流旋风除尘器还是带荷电装置的轴流旋风除尘器，对于粒径≤5.0μm的颗粒物的计数过滤效率得到了明显的提升。

参见图2、图3、图4，本申请实施例还可以提供一种包含上述静电吸附式轴流旋风空气过滤装置的系统，如图2所示，所述系统包括：

至少一套所述静电吸附式轴流旋风空气过滤装置；该静电吸附式轴流旋风空气过滤装置可以根据应用场合以及安装位置尺寸等需要确定其使用的数量，可以采用一套静电吸附式轴流旋风空气过滤装置对应一套荷电装置，也可以采用一套荷电装置对于多套静电吸附式轴流旋风空气过滤装置的方式。

荷电装置6，所述荷电装置6用于向至少一套所述静电吸附式轴流旋风空气过滤装置提供包含荷电颗粒物的待过滤气流。所述荷电装置6为异极性荷电装置。以提高空气中的颗粒物在轴流旋风除尘装置中运动过程中的凝并效果。

包括至少两套所述静电吸附式轴流旋风空气过滤装置；至少两套所述静电吸附式轴流旋风空气过滤装置同轴向布置，相邻两套所述静电吸附式轴流旋风空气过滤装置各自包含的所述静电吸附部11通过导电连接筋7相连。

下面通过包含详细结构的静电吸附式轴流旋风空气过滤装置以及荷电装置对本申请提供的系统进行详细说明。需要说明的是，本申请提供的系统还包括任何必要的控制元件及电气连接元件。

该系统在实际应用中可以包括荷电装置和静电式轴流旋风除尘装置，所述荷电装置布置在静电式轴流旋风除尘装置的进风侧。

如图3所示，所述荷电装置6包括正负离子发生器，正负离子发生器包括供电电源61、正电晕极62、负电晕极63和接地板64，所述正电晕极62与负电晕极63交错布置在接地板的两侧，形成彼此相邻的正、负电晕区。电源线与各个接地板相连位置处均采用绝缘端子65相连。采用异极性荷电装置，可以提高空气中的颗粒物在轴流旋风除尘装置中运动过程中的凝并效果。

空气中的颗粒物流经荷电装置中彼此相邻的正、负电晕区时，与电场中的正离子、负离子碰撞后被分别带上正电荷、负电荷。为保证流入每个静电式轴流旋风除尘装置的正、负荷电颗粒物配比均匀，可在正电、负电晕区的出风侧设置V形导流板66，从而增强正、负离子的混合。系统可根据应用场合设置各种类型的集中收尘箱，便于灰尘的收集和处理。

如图1所示，所述静电式轴流旋风除尘装置包括外筒1、导流体2、导流叶片3、出风筒4以及形成的排尘槽8，外筒1形成静电吸附部11以及绝缘部12两段。所述导流叶片3固定在导流体2上，位于静电吸附部内部，所述出风筒4固定在静电吸附部11的出风侧，出风筒4的外径小于所述静电吸附部11的内径，并留有一定间距。导流体2、静电吸附部11和出风筒4均同轴。导流体2靠近进风口的前端呈半球体，导流体2的中间段呈圆柱体，导流体2后端呈流线型台体；导流体2的后端的外径沿水平轴线方向逐渐减小；导流体2的前端、中段和后端均位于同一轴线上；导流叶片3位于所述导流体2的半球体后方，圆柱体前端。导流体2靠近进风口的前端呈半球体，用以降低过流空气阻力，并将空气扩散至导流叶片处。导流体2的中间段呈圆柱体，与静电吸附部之间构成一定长度的环形空腔，旋转气流带动荷电颗粒物在此处受离心力、库仑力双重作用运动到静电吸附部内壁。导流体2的后端的外径沿水平轴线方向逐渐减小，后端呈流线型台体。

所述导流叶片3、导流体2及出风筒4等部件均一次成型，材料采用PPS塑料或ABS塑料，质量更轻，表面更光滑，可在降低空气阻力的同时减少颗粒物的粘结，并防止荷电颗粒物在上述部位的无效放电。所述静电吸附部11采用金属材质或导电塑料制作而成，可根据不同应用场合进行选材，如处理高温烟气可采用不锈钢等金属材质制作，处理带有腐蚀性气体或液滴的空气可采用耐腐蚀的导电塑料材质制作。

如图4所示，在实际应用中，可根据处理空气流量大小和安装空间将若干个静电式轴流旋风除尘装置进行模块化拼装。即可以选择将多套静电式轴流旋风除尘装置同轴向布置后以并联的方式进行安装，在包括多套静电式轴流旋风除尘装置时，相邻静电吸附部11之间采用导电连接筋7相连，使多个静电吸附部11之间形成等电位，并做接地处理。出风筒4以及环形挡板5将空间分隔为出风筒内腔和排尘槽8，每个静电式轴流旋风除尘装置的出风筒内腔被独立分隔开，每个静电式轴流旋风除尘装的排尘槽8均可以相互连通。

该系统的具体工作原理如下：

第一步，含尘气流在外部风机动力的作用下，先经过荷电装置6，然后空气中的颗粒物在彼此相邻的正电晕区、负电晕区与电场中的正离子、负离子碰撞后被分别带上正电荷、负电荷。

第二步，被带上正、负电荷的颗粒物随空气流入静电式轴流旋风除尘装置，在导流体2和导流叶片3的作用下产生旋转，旋转的气流会产生离心力，使得荷电颗粒物向静电吸附部转移。并在导流叶片3处、静电吸附部11与导流体2所组成的环形空腔内进行混合、压缩、碰撞和气流旋转，增加颗粒物之间的碰撞几率，使得带有正、负荷电颗粒物在离心力和库仑力的作用下凝并成大颗粒物。

第三步，同时，凝并后的大颗粒物在离心力、惯性力以及静电吸附部库仑力的吸引作用下，贴附于静电吸附部11内壁形成向前螺旋式移动的环状粉尘层，并将携带的剩余电荷转移至接地的静电吸附部11。在这个过程中，由于静电吸附部11接地处于零电位状态，荷电颗粒物和静电吸附部11之间形成有吸引作用的库仑力，大大增加了荷电颗粒物向静电吸附部11内表面贴附的移动速度。粉尘随旋转气流撞击到位于出风筒外壁尾部的环形挡板5后落入排尘槽8，干净空气由出风筒内腔排出，从而提高了轴流旋风过滤器的过滤效率。本申请提供的方案将传统轴流旋风过滤器对超细颗粒物的过滤效率再提升一个等级。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。