一種便攜式空氣凈化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種便攜式空氣凈化裝置，特別是針對含有細(xì)小顆粒、氮氧化物與總有機(jī)碳的污濁空氣凈化的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來空氣質(zhì)量日益惡化，空氣中污染物與霧滴結(jié)合后，懸浮并富集于大氣層底部，可對人體健康構(gòu)成更嚴(yán)重威脅。
[0003]目前空氣凈化裝置采用的工作方法與原理主要有過濾、靜電、吸附、紫外、光催化、液體鼓泡、液膜洗滌、文丘里管法八種；目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)個(gè)人便攜式空氣凈化裝置，其中大孔過濾裝置不具備對細(xì)小顆粒物的有效去除能力；微孔過濾裝置呼吸阻力大且易于堵塞；靜電/負(fù)離子凈化裝置實(shí)際凈化能力不足；其它各種裝置，體積或重量較大，攜帶不便；此外，對空氣中氣態(tài)污染物，一般只有吸附方法可以去除，但吸附劑昂貴，且一般不能廉價(jià)再生，需要經(jīng)常更換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種重量小、能耗低、體積緊湊、去除率良好的空氣凈化裝置，特別適于個(gè)人攜帶。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:制造云霧狀細(xì)小液滴并與用戶吸入的空氣形成混合物，空氣與液體充分接觸，液滴與空氣中的細(xì)小懸浮物因布朗運(yùn)動碰撞后，將懸浮物捕獲；氣態(tài)污染物溶解轉(zhuǎn)移到液相；部分液體揮發(fā)到空氣中。上述氣液混合物進(jìn)入分離凈化系統(tǒng)，液體被分離與凈化，空氣供用戶使用；利用用戶呼出的氣體實(shí)現(xiàn)在線反沖洗，回收工作液體；通過水分回收系統(tǒng)回收一部分用戶呼出的水蒸氣，實(shí)現(xiàn)在線補(bǔ)充。
[0006]本發(fā)明的有益效果是，具備廣譜空氣凈化功能，可以降低民用空氣凈化裝置運(yùn)行體積或能耗或維護(hù)成本，特別適于制成微型裝置，作為口罩或便攜式凈化器使用。
【附圖說明】
[0007]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0008]圖1是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的工藝流程總圖。
[0009]圖2是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的吸氣狀態(tài)下參與工作的各部件示意圖。
[0010]圖3是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的分離凈化系統(tǒng)的示意圖。
[0011]圖4是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的在線凈化裝置構(gòu)造示意圖。
[0012]圖5是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例呼氣狀態(tài)下參與工作的各部件工藝流程圖。
[0013]圖1中，實(shí)線箭頭表示吸氣狀態(tài)下工作流程；虛線箭頭表示呼氣狀態(tài)下工作流程。
[0014]圖2中，1.吸氣單向閥，2.造霧器，3.接觸區(qū)，4.初級分離裝置，5.在線凈化裝置，
6.深度分離裝置。
[0015]圖3中，4初級分離裝置，5.在線凈化裝置。
[0016]圖4中，5.在線凈化裝置。
[0017]圖5中，3.接觸區(qū)，4.初級分離裝置，5.在線凈化裝置，6.深度分離裝置，7.水分回收系統(tǒng)，8.呼氣單向閥。
【具體實(shí)施方式】一
本實(shí)施方式為個(gè)人便攜式凈化裝置，可隨身攜帶或嵌入常規(guī)口罩中；工作流程如圖1所示；通常外界溫度低于體溫，用戶在面部或貼身佩戴裝置本體時(shí)，裝置工作溫度通常接近并略低于體溫；其它情況下裝置工作溫度接近并略高于外界溫度。
[0018]進(jìn)氣狀態(tài)下參與工作的各部件如圖2所示，按氣體流向，依次設(shè)置吸氣單向閥
(1)、造霧器(2)、接觸區(qū)(3)、初級分離裝置(4)、在線凈化裝置(5)、深度分離裝置(6)構(gòu)成。吸氣單向閥為橡膠膜片構(gòu)造，外部有簡單濾網(wǎng)，阻擋柳絮、纖維等大塊懸浮物。
[0019]用戶吸氣時(shí)形成微弱負(fù)壓，吸氣單向閥打開，外界空氣流入；吸氣單向閥膜片上鑲嵌一塊金屬片作為吸氣電源開關(guān)，隨膜片動作可接通或斷開電路；吸氣時(shí)觸發(fā)電源開關(guān)，啟動造霧器，產(chǎn)生細(xì)小液滴；液滴與空氣混合，向上進(jìn)入接觸區(qū)，污染物轉(zhuǎn)移到液滴中；此時(shí)氣體得到初步凈化，但液滴中富集有害物質(zhì)，需要通過分離凈化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最終分離與凈化。
[0020]初級分離裝置與在線凈化裝置組合成一體，如圖3所示。初級分離裝置由微孔陶瓷膜片構(gòu)成，陶瓷表面分子具備強(qiáng)烈極性，水滴在陶瓷膜片表面附著后可充分鋪展開，形成半連續(xù)水膜，阻力小，并可隔離大顆粒沙塵與少數(shù)大型霧滴；大型霧滴比表面積小，霧滴內(nèi)部污染物濃度相對較低，無須隨時(shí)再生，被初級分離裝置分離后可直接回流到造霧器，從而降低氣路阻力，減少在線凈化裝置工作負(fù)荷。
[0021]初步分離后的氣液混合物透過初級分離裝置進(jìn)入在線凈化裝置。其中，液體富含溶解氧。被處理空氣中如含有氣態(tài)污染物，也轉(zhuǎn)移到水中，一般種類有二氧化硫、氮氧化物、氨、有機(jī)物等。
[0022]在線凈化裝置如圖4所示，由低壓電激發(fā)氧化催化劑顆粒與聚四氟乙烯無紡布構(gòu)成。催化劑載體為γ-氧化鋁顆粒，包夾在無紡布內(nèi)；構(gòu)成無紡布的聚四氟乙烯纖維表面涂覆聚乙烯醇薄層，具備足夠的親水性，內(nèi)部可形成半連續(xù)水體，阻力小，可保證足夠持液性能；催化劑擔(dān)載的通用活性組分由鉑、錳、鐵構(gòu)成；對空氣中氮化合物濃度較高的場合，活性組分中添加適量的釕；在低壓直流電場作用下，催化劑活性中心被初次激發(fā)到高能態(tài)，其能級躍迀后，促進(jìn)水合溶解氧分子分裂形成羥基自由基，活性中心恢復(fù)到基態(tài)；羥基自由基具備極高的氧化電位，其氧化能力僅次于氟；羥基自由基與液體中可能含有的溶解態(tài)污染物分子或離子在催化劑表面結(jié)合，電子發(fā)生迀移，二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，氨與氮氧化物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氮的亞穩(wěn)態(tài)高級氧化物后繼續(xù)分解為氮?dú)馀c氧氣，有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水；污染物氧化過程中產(chǎn)生的能量，促進(jìn)催化劑基態(tài)活性中心重新躍迀到激發(fā)態(tài)，再次產(chǎn)生羥基自由基，繼續(xù)形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一旦中止，直流電場重新激發(fā)催化劑活性中心，可再次形成反應(yīng)，其運(yùn)行功率低，且工作電壓可確保人體安全；反應(yīng)產(chǎn)生的少量過剩羥基自由基，可結(jié)合成為氣態(tài)負(fù)氧離子，使凈化后的空氣感覺更加清新。
[0023]羥基自由基氧化能力極強(qiáng)，在催化劑表面幾個(gè)微米尺度范圍內(nèi)瞬間造成pH值劇烈波動，使γ-氧化鋁載體緩慢釋放出鋁離子，對水中捕獲的無機(jī)顆粒物產(chǎn)生絮凝效應(yīng)，促進(jìn)細(xì)小惰性無機(jī)顆粒形成大顆粒絮團(tuán)，沉積到凈化裝置底部。
[0024]深度分離裝置由多孔疏水材料構(gòu)成，截留的霧滴無法在材料表面鋪展，在表面張力作用下聚結(jié)成大顆粒球形液滴，即“蓮花效應(yīng)”;疏水材料表面朝向呼入氣流方向設(shè)置一組親水導(dǎo)流纖維，深入到在線凈化裝置催化劑顆粒中，因毛細(xì)作用，可將球形液滴導(dǎo)入到入催化劑顆粒周圍液膜中。
[0025]經(jīng)深度分離裝置分離后的凈化空氣，水蒸氣分壓接近凈化裝置工作溫度下飽和水蒸氣分壓。濕潤空氣長期與皮膚接觸，通常不利于身體健康，但僅供呼吸使用時(shí)，通常感覺更加舒適。
[0026]用戶吸氣過程結(jié)束后，吸氣單向閥膜片關(guān)閉，斷開吸氣電源開關(guān)，造霧器與在線凈化裝置停止工作，減少電耗、水耗。
[0027]呼氣狀態(tài)下參與工作的各部件如圖5所示，按呼出氣體流向，依次經(jīng)過次級分離裝置(6)、在線凈化區(qū)(5)、初級分離裝置(4)、接觸區(qū)(3)、水回收裝置(7)、呼氣單向閥
(8)0
[0028]呼氣單向閥膜片上同樣鑲嵌一塊金屬片作為呼氣電源開關(guān)，隨膜片動作可接通或斷開電路。呼氣單向閥膜片取適宜彈性系數(shù)，氣流作用下不斷顫動，可短促間歇接通電路，使造霧器短促、間歇制造少量霧滴，混入呼出氣體中。
[0029]用戶一部分呼出氣體依次逆向經(jīng)過深度分離裝置、在線凈化裝置、初級分離裝置，實(shí)現(xiàn)在線反沖洗，恢復(fù)通透性能，為下一次吸氣作準(zhǔn)備，同時(shí)將深度分離裝置微孔附近少量殘余水分經(jīng)過導(dǎo)流纖維吹回在線凈化裝置，下一次吸氣時(shí)可實(shí)現(xiàn)凈化，避免污染物富集后對下一次凈化構(gòu)成二次污染。
[0030]用戶呼出氣體富含水蒸氣，其分壓接近體溫下飽和水蒸氣壓力。低溫下呼出氣體中水蒸氣可凝結(jié)成為霧滴或冰晶；溫度下降幅度較小時(shí)，可形成過飽和水蒸氣。呼氣時(shí)造霧器在呼氣單向閥電源開關(guān)控制下，間歇制造少量霧滴混入呼出氣體，可為過飽和水蒸氣提供凝集核心；當(dāng)過飽和水蒸氣分壓超過Kelvin方程極限，即可在霧滴表面凝結(jié)為液態(tài)水，并形成大顆粒液滴。富含大顆粒液滴的呼出氣體進(jìn)入水分回收系統(tǒng)。
[0031]水分回收系統(tǒng)由大孔疏水材料構(gòu)成，水蒸氣和少量細(xì)小液滴可透過，大顆粒液滴被攔截后在材料表面愈合成為更大液滴，經(jīng)外襯聚乙烯醇的親水改性聚乙烯纖維導(dǎo)流回到造霧器表面供下一次造霧使用。
[0032]本實(shí)施例參考了駱駝鼻子回收呼出水蒸氣的工作方式，工作時(shí)無需額外補(bǔ)充水分，特別適合制成便攜裝置；裝置運(yùn)行時(shí)可以少持液或不持液，啟動后利用使用者自身釋放的水分實(shí)現(xiàn)空氣凈化；在線凈化裝置可及時(shí)凈化工作液體，避免二次污染。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種便攜空氣凈化裝置，包括:吸氣單向閥，在用戶吸氣時(shí)開啟，允許外界空氣流入；造霧器，將工作液體分散成為云霧狀細(xì)小液滴或液柱，與空氣充分接觸，形成混合物，空氣中懸浮顆粒物與其它氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)移到液相；分離凈化系統(tǒng)，將所述混合物分離凈化，分離凈化后的氣體供用戶使用；水分回收系統(tǒng)，將用戶呼出的水蒸氣回收，補(bǔ)充工作液體；呼氣單向閥，在用戶呼氣時(shí)開啟，允許呼出氣體流出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化裝置，其特征在于:吸氣單向閥、呼氣單向閥與電源開關(guān)聯(lián)動，控制造霧器與分離凈化系統(tǒng)適時(shí)開啟、關(guān)閉，使得用戶吸氣時(shí)啟動造霧器與分離凈化系統(tǒng)；用戶吸氣與呼氣間隔時(shí)關(guān)閉造霧器與分離凈化系統(tǒng)；呼氣時(shí)短促、間歇啟動造霧器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化裝置，其特征在于:分離凈化系統(tǒng)，由初級分離裝置、在線凈化裝置與深度分離裝置依次構(gòu)成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的凈化裝置分離凈化系統(tǒng)，其特征在于:初級分離裝置由親水性多孔材料制成，分離去除大顆粒液滴。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的凈化裝置分離凈化系統(tǒng)，其特征在于:在線凈化裝置使用電激發(fā)氧化催化劑，在直流電場作用下，產(chǎn)生羥基自由基，氧化轉(zhuǎn)移到液體中的污染物。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的凈化裝置分離凈化系統(tǒng)，其特征在于:在線凈化裝置使用的電激發(fā)氧化催化劑，采用鋁化合物制作載體，工作時(shí)釋放出鋁離子，促進(jìn)被液體捕獲的顆粒物沉淀。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的凈化裝置分離凈化系統(tǒng)，其特征在于:深度分離裝置由疏水性微孔材料制成，去除細(xì)小液滴。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化裝置，其特征在于:用戶呼氣狀態(tài)下全部或部分呼出氣體可依次逆向經(jīng)過深度分離裝置、在線凈化裝置、初級分離裝置，將上述部件表面附著的水分與大顆粒固體反沖到造霧器。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化器，其特征在于:水分回收系統(tǒng)由大孔疏水材料制成，設(shè)在呼氣管路出口末端，液滴在表面張力作用下不能流失，氣體可以自由逸出，從而實(shí)現(xiàn)水分回收，回收的水分重力自流到造霧器。
【專利摘要】一種便攜空氣凈化器裝置，將工作液體分散成為云霧狀細(xì)小液滴或液柱，與空氣混合，氣體中的懸浮顆粒物與其它氣態(tài)污染物被工作液體捕獲去除，通過分離凈化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氣液分離，獲得潔凈空氣；采用在線凈化裝置保持工作液體潔凈；采用水分回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水分回收。
【IPC分類】B01D50/00
【公開號】CN105344195
【申請?zhí)枴緾N201510774754
【發(fā)明人】孫廣路, 郝占寧
【申請人】孫廣路, 郝占寧
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月13日