空气净化装置及方法与流程

本发明涉及空气净化装置以及空气净化方法，特别是一种利用高压静电来去除空气中的颗粒的空气净化装置及方法。

背景技术：

随着人们对室内空气质量的要求日益提高，空气净化装置的使用也日益普遍。人们通常希望利用空气净化装置来去除室内空气中的颗粒物，即除尘。传统的空气净化装置根据除尘原理可分为物理过滤和静电除尘两类。传统的物理过滤净化装置使用高密度过滤网对空气中的颗粒物进行过滤。物理过滤的特点是，要过滤的颗粒尺寸越小，过滤网的网眼尺寸也需要越小。过小的网眼，一方面导致风阻较大；另一方面导致过滤网极易堵塞，因此需要频繁更换。

传统的静电除尘净化装置利用高压静电来将空气中的颗粒电离成带正、负电荷的粒子，同时将电离后的带电颗粒吸附到电极上，由此去除空气中的颗粒。利用这种方式，过滤网的网眼尺寸(即电极间隙)可以大于要过滤的颗粒尺寸。因此相比于物理过滤净化装置，静电除尘净化装置具有更小的风阻。然而，这种静电除尘净化装置的一个主要缺点是，当颗粒电离后，高压静电过滤网的两极之间的介电常数会发生改变，导致两极之间空气更容易被电离。空气电离会产生臭氧，而臭氧浓度过高会对人体健康产生不利影响。过滤网两极之间的电压越高、间隙越小，其电离吸附颗粒的能力越强，但空气被电离的可能性也越大。如果降低过滤网两极之间的电压、增加间隙，则会降低颗粒吸附能力，从而降低除尘效果。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种空气净化装置以解决上述现有技术中存在的一个或多个不足。

为实现上述目的，本发明提出了一种空气净化装置，包括：外壳；高压静 电除尘单元，设置在所述外壳内，用于除尘；以及送风机，配置用于使所述装置外的空气经由所述外壳上的第一入口进入所述装置，以及使除尘后的空气经由所述外壳上的第一出口离开所述装置。所述除尘单元包括电离单元以及位于所述电离单元的下游的集尘单元。所述电离单元的正、负电极之间具有第一间隙和第一工作电压，其中所述第一工作电压被设置为能够电离经过所述电离单元的空气中的颗粒，所述第一间隙被设置为不小于空气的绝缘距离且使得被电离的颗粒能够通过所述电离单元。所述集尘单元的正、负电极之间具有小于所述第一间隙的第二间隙和小于所述第一工作电压的第二工作电压，其中所述第二间隙和所述第二工作电压被设置为能够使电离后的颗粒吸附到所述集尘单元的电极上，以实现除尘。

根据本发明的一个方面，所述电离单元的正、负电极由导电丝构成，所述集尘单元的正、负电极由导电板构成。

根据本发明的一个方面，所述除尘单元中设置有用于检测所述电离单元和/或所述集尘单元上附着的颗粒量的检测装置。

根据本发明的一个方面，所述第一入口与室外空气连通，而所述第一出口与室内空气连通。

本发明的空气净化装置还可包括：换热单元，设置在所述外壳内并位于所述除尘单元的下游，用于使除尘后的空气与来自室内的空气在所述换热单元内进行热交换；以及回风机，设置用于使室内空气经由所述外壳上的第二入口进入所述装置并进入所述换热器内，并使换热后的室内空气经由所述外壳上的第二出口离开所述装置排放到室外。

根据本发明的一个方面，所述换热单元内形成供除尘后的空气流过的第一通道和供来自室内的空气流过的第二通道，其中所述第一通道和所述第二通道之间能够进行热交换但不相互连通。

根据本发明的空气净化装置还可包括变频装置，用于根据室内空气参数采用变频技术来调节所述送风机的频率和/或转速、和/或所述回风机的频率和/或转速。

根据本发明的空气净化装置还可包括以下的一个或多个：第一过滤器，设置在所述外壳内并位于所述除尘单元的上游，用于过滤空气中的颗粒尺寸大于第一粒度的颗粒；活性炭过滤网，设置在所述外壳内并位于所述除尘单元的下 游，用于吸附空气中的异味、和/或有毒或有害气体；紫外线灯，设置在所述外壳内并位于所述除尘单元的下游，用于消除空气中的细菌；和/或第二过滤器，设置在所述外壳内并位于所述除尘单元的下游，用于过滤空气中的颗粒尺寸大于第二粒度的颗粒，其中所述第二粒度小于所述第一粒度。

根据本发明的一个方面，所述电离单元的第一工作电压大于6000V，第一间隙不小于6mm；所述集尘单元的第二工作电压小于6000V，第二间隙小于6mm。

根据本发明的一个方面，所述电离单元的第一工作电压介于7900～8100V之间，第一间隙不小于4cm；所述集尘单元的第二工作电压介于4000V～4150V之间，第二间隙介于2mm～4mm之间。

为实现上述目的，本发明还提出了一种空气净化装置，其包括外壳，在所述外壳内从上游到下游依次设置有：第一过滤器，用于过滤进入所述装置内的空气中的颗粒尺寸大于第一粒度的颗粒；高压静电除尘单元，包括电离单元和位于所述电离单元下游的集尘单元；活性炭过滤网，用于吸附空气中的异味、和/或有毒或有害气体；紫外线灯，用于消除空气中的细菌；送风机，设置为使室外空气通过所述外壳上的第一入口进入所述装置，以及使除尘后的空气通过所述外壳上的第一出口离开所述装置；以及第二过滤器，用于在空气离开所述装置之前，对空气中的颗粒尺寸大于第二粒度的颗粒进行过滤，其中所述第二粒度小于所述第一粒度。所述电离单元的正、负电极之间具有第一间隙和第一工作电压，其中所述第一工作电压被设置为能够电离经过所述电离单元的空气中的颗粒，所述第一间隙被设置为足够大以不小于空气的绝缘距离且使得被电离的颗粒能够通过所述电离单元。所述集尘单元的正、负电极之间具有小于所述第一间隙的第二间隙和小于所述第一工作电压的第二工作电压，其中所述第二间隙和所述第二工作电压被设置为能够使电离后的颗粒吸附到所述集尘单元的电极上，以实现除尘；

根据本发明的空气净化装置还可包括换热单元，位于所述紫外线灯与所述送风机之间，所述换热单元内形成有供除尘后的空气流过的第一通道和供来自室内的空气流过的第二通道，其中所述第一通道和所述第二通道之间能够进行热交换但不相连通；以及回风机，设置在所述外壳内，并设置用于使室内空气通过所述外壳上的第二入口进入所述装置，以及使换热后的室内空气通过所述 外壳上的第二出口离开所述装置。

本发明的另一个目的在于提供一种空气净化方法以解决上述现有技术中存在的一个或多个不足。

为实现上述目的，本发明提供了一种空气净化方法，包括：设置一电离单元，所述电离单元的正、负电极之间具有第一间隙和第一工作电压，其中所述第一工作电压被设置为能够电离经过所述电离单元的空气中的颗粒，所述第一间隙被设置为不小于空气的绝缘距离且使得被电离的颗粒能够通过所述电离单元；在所述电离单元下游设置一集尘单元，所述集尘单元的正、负电极之间具有小于所述第一间隙的第二间隙和小于所述第一工作电压的第二工作电压，其中所述第二间隙和所述第二工作电压被设置为能够使电离后的颗粒吸附到所述集尘单元的电极上；以及使空气流动通过所述电离单元，以在所述电离单元中将所述空气中的颗粒电离，然后使空气流动通过所述集尘单元，以使得所述空气中被电离的颗粒吸附到所述集尘单元的电极上。

根据本发明的空气净化方法还包括：将室外空气提供给所述电离单元；在所述集尘单元的下游设置一换热单元；将通过所述集尘单元的空气和来自室内的空气分别提供给换热单元，并使它们在所述换热单元内进行非接触式的热交换；以及在热交换后，将通过所述集尘单元的空气提供给室内，并将来自室内的空气排放到室外。

根据本发明的一个方面，将通过所述集尘单元的空气提供给室内的速度大于将来自室内的空气提供给换热单元的速度。

本发明通过设置彼此分离的电离单元和集尘单元，使得能够分别实现对颗粒的电离以及对电离后颗粒的吸附，因此既能保证净化效率而且使得臭氧的产生量最小。

附图说明

下面结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，其中：

图1为根据本发明一实施例的空气净化装置的示意图；

图2为根据本发明另一实施例的空气净化装置的示意图；

图3为根据本发明另一实施例的空气净化装置的示意图；

图4为根据本发明另一实施例的空气净化装置的示意图；

图5为根据本发明一实施例的空气净化方法的流程图。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其它实施方式中。在不同的实施例中，实质上相同的部件采用同样的附图标记。

如图1所示，根据本发明一实施例的空气净化装置100包括外壳10、设置在外壳10内的用于除尘的高压静电除尘单元20、以及送风机30。图1中的箭头示出了空气在装置100内的流动方向。送风机30被配置用于使装置100外的空气可经由外壳10上的第一入口11进入所述装置，以及使除尘后的空气经由外壳10上的第一出口12离开装置100。送风机30可以为吸入式类型，并如图1所示的那样设置在外壳10内。然而根据本发明的其他实施例，送风机也可设置在外壳10的外部或外壳的开口上或其他适合的位置，并且其可以为吹入式的或其他适合的类型。另外应当理解，附图中的第一入口11和第一出口12是示意性的，其位置和数量可分别根据实际设计需要而设置。

除尘单元20包括彼此分离的电离单元21和集尘单元22。电离单元21中设置有一组或多组优选地由导电丝(例如钨丝)构成的正、负电极。正、负电极之间具有第一间隙d1，并形成有第一工作电压U1。第一工作电压U1可被设置为能够将经过电离单元21的空气中的颗粒电离。第一间隙d1可被设置为不小于空气的绝缘距离，且使得至少大部分的被电离的颗粒能够穿过电离单元21，即不会吸附到电离单元21的电极上。

集尘单元22位于电离单元21的下游。集尘单元22中设置有一组或多组优选地由导电板构成的正、负电极，也称集成板或集尘电极。集尘单元22的正、负电极之间具有第二间隙d2，并形成有第二工作电压U2，其中d2<d1，并且U2<U1。第二间隙d2和第二工作电压U2被设置为使得电离后的至少大部分的颗粒能够吸附到集尘电极上，从而实现除尘。

在传统的静电除尘技术中，对颗粒的电离和吸附是在相同的电极上实现的。因此，当正、负电极之间的电压越高、间隙越小时，其电离吸附颗粒的能力越强，但空气被电离的可能性也越大。而如果降低电压增加间隙，则会降低 对颗粒吸附能力。而在本发明中，设置有彼此分离的电离单元21和集尘单元22，以分别实现对颗粒的电离以及对电离后颗粒的吸附，因此既能保证净化效率而且使得臭氧的产生量最小。

电离单元21的工作电压U1可以选择尽量高的静电电压，以实现更好的颗粒电离效果。例如，第一工作电压U1可以大于6000V，优选地介于7900V～8100V之间。同时，电离单元21的正、负电极之间的第一间隙d1也设置为足够大，一方面满足不小于空气的绝缘距离以尽可能地避免空气电离，另一方面使得被电离的颗粒能够随着空气气流通过电离单元而不会被吸附到电离单元21的电极上。例如，第一间隙d1可设置为不小于6mm，优选地不小于4cm。值得注意的是，利用导电丝来构成的电离单元21的电极是有利的，因为导电丝与空气接触面积较小，这能够保证空气中的颗粒被充分电离，同时尽可能地避免空气本身被电离。

集尘单元22的工作电压U2可以选择相对较低的静电电压，同时集尘单元22的正、负电极之间的第二间隙d2也设置为相对较小，以在避免空气电离的基础上尽可能多的吸附电离后的颗粒。例如，第二工作电压U2可以设置为小于6000V，优选地介于4000V～4100V之间。第二间隙d2可以设置为小于6mm，优选地介于2mm～4mm之间。值得注意的是，利用导电板来构成的集尘单元22的电极是有利的，因为导电板与空气的接触面积较大，以提高颗粒的吸附率。

通过适当设置第一工作电压U1、第二工作电压U2、第一间隙d1和第二间隙d2的大小，可以在保证净化效率(即除尘效率)的同时使得臭氧产生量最小化。在本发明的一个例子中，利用高压静电除尘单元20可以有效去除空气中99％以上的PM2.5及以上的颗粒。

优选地，除尘单元20中设置有用于检测电离单元21和/或集尘单元22附着的颗粒量的检测装置，如颗粒物传感器。当检测到颗粒量超过了预定值后，检测装置可以发出警报，以提示需要清洗或更换电离单元21和/或集尘单元22。根据本发明，可以对电离单元21和集尘单元22分别设置检测装置，或者也可以设置共同的检测装置。

图2示出了根据本发明另一实施例的空气净化装置200。与空气净化装置100类似，空气净化装置200包括外壳10、高压静电除尘单元20、以及送风 机30。如图2所示，空气净化装置200的外壳10内还可设置有第一过滤器(初效过滤器)40、活性炭过滤网50、紫外线灯60和第二过滤器(高效过滤器)70中的一个或多个。图2中的箭头示出了空气在装置内的流动方向。

初效过滤器40通常设置在除尘单元20的上游，用于对空气中的大颗粒进行初步过滤，以避免堵塞除尘单元20的电极间隙。初效过滤器40可以是物理过滤器，并可设置为适于对空气中的颗粒尺寸大于第一粒度的颗粒进行过滤，其中所述第一粒度例如可以是PM10或以上。

活性炭过滤网50通常设置在除尘单元20的下游，用于吸附空气中的异味、和/或有毒或有害气体。异味和/或有毒或有害气体可能是电离单元21工作时产生的，或者可能是室外空气中原始就含有的。

紫外线灯60通常也设置在除尘单元20的下游，例如可以如图2所示的那样设置在活性炭过滤网50的下游，可用于消除空气中的细菌。

高效过滤器70设置在除尘单元20的下游，用于对经过除尘单元20除尘后的空气进行再次过滤。优选地，如图2所示，高效过滤器70设置在紧邻装置外壳10的第一出口12的位置，以进一步减少离开空气净化装置的净化后空气中的颗粒含量。高效过滤器70可以是物理过滤器，并可设置为适于对空气中的颗粒尺寸大于第二粒度的颗粒进行过滤。第二粒度小于第一粒度，例如可以是PM 3或以下。试验表明，通过设置高效过滤器70，净化后空气中的0.3μm及以上的颗粒的去除率能够达到99.9％以上。

在一些例子中，根据本发明的空气净化装置可用于对室内空气进行净化，即吸入室内空气，对其进行净化，然后将净化后的空气再排放到室内。此时，装置的第一入口11和第一出口12均与室内空气连通。在另一些例子中，根据本发明的空气净化装置可用于对室外空气进行净化，并将净化后的室外空气引入室内。在这样的例子中，装置的第一入口11与室外空气连通，而第一出口12与室内空气连通。在本发明的一些例子中，空气净化装置的第一入口11可以设置为可选择地与室内或者室外空气连通，以根据需要进行切换。应当理解，根据本发明的空气净化装置可以布置在室内或者也可以布置在室外，或者可以一部分布置在室内而另一部分布置在室外，只要装置的空气出、入口与相应的空间连通即可。

图3示出了根据本发明另一实施例的空气净化装置300。图3中的箭头示 出了空气在装置内的流动方向。空气净化装置300可以用于对室外空气进行净化并将净化后的室外空气引入室内。与空气净化装置100类似，空气净化装置300也包括外壳10、高压静电除尘单元20、以及送风机30。如图3所示，在空气净化装置300的外壳10内还设置有换热单元80和回风机90。换热单元80通常设置在除尘单元20的下游，用于使除尘后的空气与来自室内的空气在换热单元80内进行热交换。这可以使得即将送入室内的空气的温度尽可能地趋近于室内空气的温度，从而一方面有利于保持室内温度，另一方面能够节约能源。回风机90设置用于使室内空气经由外壳10上的第二入口13进入装置300并进入换热器80内，并使换热后的室内空气经由外壳10上的第二出口14离开装置300排放到室外。应当理解，附图中的第二入口13和第二出口14都是示意性的，其位置和数量可分别根据实际设计需要而设置。

换热单元80可由任何市场上可获得的适合的换热装置构成。在一个例子中，换热单元80内可形成两条彼此间能够进行热交换但不相互连通的通道。其中第一通道设置为供除尘后的空气流过，而第二通道可设置为供来自室内的空气流过。这样，当装置300工作时，除尘后的空气和来自室内的空气分别从换热单元80的第一和第二通道中流过，以进行热交换。

在一个例子中，可以设置变频装置95，以便于根据室内空气参数采用变频技术来调节送风机30的频率和/或转速、和/或回风机90的频率和/或转速。变频装置95可以设置在装置的外壳10之内或者之外。在这里，室内空气参数可以例如是室内二氧化碳的浓度、室内PM2.5的浓度和/或其他参数。在一个例子中，可以设置送风机30所实现的空气流动速度大于回风机90所实现的空气流动速度，从而能够在室内形成微增压，以避免室外空气中的污染物从房间的门窗等缝隙处进入室内。

应当理解，根据本发明，高压静电除尘单元20、送风机30、初效过滤器40、活性炭过滤网50、紫外线灯60、高效过滤器70、换热单元80、和回风机90可以根据实际需要设置以任何适合的顺序布置在外壳10内或者外壳10外。根据实际需要，可以在装置中选择性地设置上述装置中的一个或多个，或者还可以增加其他的装置。

如图4所示，根据本发明另一实施例的空气净化装置400包括外壳10。在外壳10内从上游到下游依次设置有：第一过滤器(初效过滤器)40、高压 静电除尘单元20、活性炭过滤网50、紫外线灯60、送风机30、以及第二过滤器(高效过滤器)70。高压静电除尘单元20包括电离单元21和位于电离单元下游的集尘单元22。在紫外线灯60与送风机30之间设置有换热单元80。在外壳10内还设置有回风机90。空气净化装置400的上述部件的构造和工作原理与前面描述的类似，这里不再重复。

下面结合图4说明空气净化装置400的工作过程。图4中的箭头示出了空气在装置400内的流动方向。室外空气可在送风机30的作用下，经由外壳10上的第一开口11进入装置400中，之后经过初效过滤器40以过滤掉空气中的大颗粒，之后依次经过电离单元21和集尘单元22以过滤掉空气中绝大部分的颗粒，之后经过活性炭过滤网50以去除空气中的异味和/或有毒或有害气体，之后经过紫外线灯60的照射区以消除空气中的细菌，然后进入换热单元80的第一通道中。室内空气在回风机90的作用下，经由外壳10上的第二开口13进入装置400中，并进入换热单元80的第二通道中。这样，经过过滤除菌的室外空气与来自室内的空气可在换热单元80内进行非接触式的热交换。在热交换后，过滤除菌后的空气在送风机30的作用下通过高效过滤器70以进行再次过滤，然后经由外壳10上的第一出口12离开装置400，提供给室内。在热交换后，来自室内的空气在回风机30的作用下外壳10上的第二出口14离开装置400并排放的室外，例如大气中。

下面结合图5说明根据本发明一实施例的空气净化方法。

设置一电离单元21(步骤S1)，与前面描述的类似，电离单元21被设置为使其正、负电极之间具有第一间隙d1和第一工作电压U1。第一工作电压U1被设置为能够电离经过电离单元21的空气中的颗粒；第一间隙d1被设置足够大以不小于空气的绝缘距离且使得被电离的颗粒能够通过电离单元21。在电离单元21的下游设置一集尘单元22(步骤S2)。与前面描述的类似，集尘单元22被设置为使其正、负电极之间具有小于第一间隙d1的第二间隙d2和小于第一工作电压U1的第二工作电压U2。第二间隙d2和第二工作电压U2被设置为能够使电离后的颗粒吸附到集尘单元22的电极。然后，使空气流动通过电离单元21，以在电离单元21中将所述空气中的颗粒电离(步骤S3)。然后，使空气通过集尘单元22，以使得空气中被电离的颗粒吸附到集尘单元22的电极上(步骤S4)，从而实现空气的净化除尘。

可选地，在步骤S3中，将室外空气提供给电离单元21。可选地，根据本发明的空气净化方法还可包括：在集尘单元22的下游设置如前所述的换热单元80；将通过集尘单元22的空气和来自室内的空气分别提供给换热单元80，并使它们在换热单元80内进行非接触式的热交换；以及在热交换后，将通过集尘单元的空气提供给室内，并将来自室内的空气排放到室外。可选地，设置使得将通过所述集尘单元的空气提供给室内的速度大于将来自室内的空气提供给换热单元的速度。

应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可有其它多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。