空气净化器结构设计创新

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【摘要】随着我国工业的快速发展，工业废气排放量的增多使得许多城市的雾霾天气逐渐增多，部分城市的空气时常处于污染状态。为了保证身体的健康、所处空间的空气洁净，越来越多的家庭选择购买空气净化器。本设计为无需与室外进行空气交换空气净化器的结构设计，其中包括电机和风扇、多层不同功能空气过滤网、空气净化器外壳、主电路、控制电路、可充电电源。

【关键词】发展现状；结构设计；结构创新

由于雾霾等污染形成的原因复杂，越来越多的家庭选择使用空气净化器来清洁室内的空气。我们每天至少有三分之一的时间待在室内，并且室内空气污染对我们身体健康的危害已经成了当今最受社会所关注的热点问题之一，由于室内装饰装修和新家具添置造成的甲醛、苯系物、氨、总挥发性有机化合物等污染物的超标使室内空气质量问题比室外更为严重，其中甲醛已成为我国室内空气首要污染物[1]。许多研究结果表明，直接使用空气净化器改善包括自然通风房间在内的室内空气品质，既经济合理又具有高效节能的特征[2-5]。现如今市场上见到的空气净化器目前主要有以过滤为主的净化器，它具有三层滤网结构，可以有效地对PM2.5进行过滤，但是对室内装修产生的甲醛以及其他污染效果并不明显，而且需要外界空气进入室内，然后进行对这部分空气再净化，但是此时已经有部分外界空气被用户吸入，市面上的空气净化器并不完善。

1空气过滤器结构

1.1原理

空气过滤器是通过多种过滤材料的不同功能作用从空气中捕集粉尘，并且最终使空气得以净化的一种设备。它把空气中污浊的气体净化处理后送入室内，以保证洁净房间的空气质量要求和一般家居房间内的空气洁净度。

1.2滤网结构分类

1.2.1物理滤网（1）粗效过滤器粗效过滤器的滤网材料一般为无纺布、金属丝网、玻璃丝、尼龙网等，我们称之为物理过滤网，也是比较常见到的过滤网，它只能过滤大颗粒粉尘。我们常用的粗效过滤器有：CW型空气过滤器、平板网状形空气过滤器、ZJK-1型自动卷绕式人字形空气过滤器等。其结构形式有卷绕式、带式、折叠式和板式。（2）中效过滤器常用的中效过滤器有：各种型号的泡沫塑料过滤器、YB型玻璃纤维过滤器等。中效过滤器的滤料主要有玻璃纤维、中细孔聚乙烯泡沫塑料和由涤纶、丙纶、腈纶等制成的合成纤维毡。（3）高效过滤器经常见到的高效过滤器有GB型和GWB型。高效过滤器滤料为超细玻璃纤维滤纸，其孔隙非常小。它采用很低的滤速，因此就增强了对微小尘粒的筛滤作用并且减小尘埃扩散作用，因此高效过滤器具有很高的过滤效率。

1.2.2科技过滤（1）静电过滤器静电过滤器采用电场产生的电力使尘粒从气流中分离出来，采用双区结构，由荷电区和收尘区组成，荷电区是一系列等距离平行安装的流线形管柱状接地电极，管柱之间安装电晕线，电晕线接正极，放电极电压为10~20kV，收尘区的集尘极用铝板制作，极板间距约10mm，极间电压为5~7kV，在极板间构成均匀电场，尘粒在荷电区获得正离子，随后进入收尘区，荷正电或负电的粉尘分别沉降在与其极性相反的极板上，需定期用水或油洗掉极板上的尘粒。（2）活性炭吸附市面上大多数空气净化器应用活性炭技术，因为它具有很强的吸附能力，可以有效地吸附室内的粉尘、微粒、细菌等。活性炭可以分为三大类即煤炭类、椰壳类、果壳类，厂家可以根据不同的需要、不同的参数选择合适的活性炭类型，这三大类活性炭中椰壳类的吸附能力相对最强。但是活性炭也有缺点，使用活性炭并不能永久的吸附污染物，当滤芯饱和的时候要及时的更换滤芯，随着温度或风速的升高污染物还有可能会出现游离现象。（3）负离子①制造活性氧：负离子即负氧离子，它能有效激活空气中的氧分子，使这些氧分子更加活跃而更易被人体所吸收，可以有效预防疾病。②改善肺功能：如果人体吸入携氧负离子，肺部可增加吸收氧气多达20%，并且多排出15%的二氧化碳。③促进新陈代谢：激活肌体多种酶，促进新陈代谢。④增强抗病能力：负氧离子可改变肌体反应能力，从而活跃网状内皮系统的机能，增强肌体免疫力。⑤改善睡眠：人体经负氧离子作用，会让人体保持充沛的精神，提高工作效率，并且还可改善睡眠，有明显的镇痛作用。⑥杀菌作用：负离子发生器产生大量负离子，同时产生微量臭氧。二者的结合很容易吸收各种病毒和细菌，从而引起结构变化或能量转移，导致它们死亡。除尘杀菌可以更有效地减少二手烟的危害。环境保护和健康是可以看到的。（4）HEPA高效过滤技术HEPA是一种高效过滤材料，可以有效地过滤空气中的悬浮颗粒物。HEPA式空气净化器在国外应用的较多，但是目前我国用户并不常选择。中国的空气净化器行业发展较晚，许多用户还没有意识到空气净化效果的重要性，我国西北部有些城市具有较多的尘土，过多的尘土将会大大缩短HEPA的使用寿命。HEPA具有较大的吸附容量可以高效的捕捉微粒，并且使用HE⁃PA的空气净化器净化效率高。用它过滤二手烟过滤效果基本上可以达到100%。

2空气净化器产品外观以及内部结构设计

2.1产品外观设计

本设计主要针对的是一款家用以及小型空间使用的空气净化器的设计，其外形小巧方便可携带，斜面的排出空气孔设计使洁净空气扩散范围更大，其背部为进气口，前方为空气排出口的风道各个结构区分明确。

2.2空气净化器总体结构设计示意图

当室内空气较为污浊，关闭门窗开启空气净化器，经多层滤网过滤室内较为洁净时，开启增压风机，增加气流扰动，进行室内每个角落空气净化。开启软管处小型气流风扇，将外界空气吸入，直接进入滤网，经过空气净化器净化，再把洁净的空气排出。

2.3空气净化器结构的三维造型

本产品空气净化器的结构构成主要是机箱外壳、过滤段、外部风道设计、电机、电源等。决定寿命的是电机，定净化效能的是整体的过滤结构，决定是否安静的是风道设计、机箱外壳和电机。具体结构如下图：外观设计：本设计主要针对的是一款家用以及小型空间使用的空气净化器的设计，其外形小巧方便可携带（方便携带指可用私家车装载且不会占用太大空间）。斜面的排出空气孔设计使洁净空气扩散范围更大，其背部为进气口，前方为空气排出口的风道；正面外壳下方有两个增压风机，可以扰动室内空气循环；空气净化器背部的孔洞可连接室外空气，直接将空气吸入净化器，各个部分区分明确。内部结构：该空气净化器主要由无刷直流电机、风扇、多层空气过滤网组成，空气过滤网是其中的核心部件。其他的净化装置实际上起到的仅是辅助功能，所以空气过滤网的好坏是直接影响是空气净化器效果的最关键因素。斜流增压风机和风扇：斜流增压风机和风扇作为本设计最突出也是必不可少的核心配件，斜流增压风机可控制空气进行循环流动。将室内带有污染物的空气吸入后经过净化过滤后再将清洁的空气吹出。

3创新设计

（1）市面上常见的空气净化器在清洁室内空气的同时并不能有效并节能的制造氧气，如果增添制氧装置，会提高很大制作成本；（2）一般空气净化器不自带负离子功能，如果买专用的负离子空气净化器价格又过于高昂。我们常待在的地方有，乡村田野：1000-5000个/cm³增强人体免疫力、抗菌力；城市公园：400-600改善身体健康状况个/cm³；街道绿化地带：200-400个/cm³微弱改善身体健康状况；城市房间：100个/cm³诱发生理障碍失眠等；楼宇办公室：40-50个/cm³诱发生理障碍失眠等。而负氧离子，又被称为“空气维生素”，是衡量空气是否清新的重要标准，而世界卫生组织对清新空气的界定是负氧离子浓度达到1000—1500个/cm³。（3）一般空气净化器需要定时开窗，不然室内CO2浓度过高会对人体造成不好的影响。而开窗时必定会将外界的污浊引入室内，这样空气净化器又需要再次工作增加了滤网的负荷，而且会造成滤网的频繁更换，增加了使用成本。（4）一般空气净化器，无论风扇功率如何，空气都是要通过滤网而滤网的存在都会一定程度上阻碍风量的吸入，因而使室内空气无法充分过滤。本设计通过对空气净化器结构的创新，空气净化器安装一个特定的管道，管道直接将外界空气吸收入空气净化器，然后通过滤网过滤、静电吸附之后输出洁净的空气，不需要将室外污浊的空气与室内空气进行交换，减少了室内空气被室外空气污染的可能性，同时能够引入氧气。而且能够源源不断的引入室外负离子，而且不用担心因设备的损坏造成的负离子浓度过高或者过低，会一定程度上改善人体。增设喷射式风机，增加室内空气充分循环，让洁净空气遍布每个角落。

4发展前景

人类是无法离开空气的，但是因为空气被严重污染、吸烟群众越来越多，近些年来全球肺癌患者的数量大大增多。当代人们发现空气质量对身体健康越来越重要，而外界的空气是不能被个人所主宰的，但是我们可以通过空气净化器对室内的空气进行改良。空气净化器有多种技术满足不同群众的不同需求。目前我国拥有空气净化器的家庭只占少数，但是随着人们环境意识的增强，未来的空气净化器将呈现突飞猛进的发展趋势。

5总结

通过对空气净化器结构的创新，与小组成员的共同努力对空气净化器的创新，由于对本设计进行了新的构思和设计，可以有效地控制室内空气品质，对空气中微小颗粒也有高效率的去除效果。尽管高风速情况下净化器的粒子捕集效率下降，但就整个房间粒子清除效果而言，喷射风量较大时，房间空气净化效果较好。当室内空气稳定后，空气净化效率会大大提高。该新型的空气净化器可以广泛用于家居、学校等小型场所的卫生与洁净。

参考文献

[1]余江,李伯灵,王军义.装修居室内空气质量及其健康影响的卫生学调查[J].环境与健康杂志,2005,22(2):130-131.

[2]杨秀峰.管道型静电空气净化器的性能研究[D].东华大学,2005.

[3]郭云枝.空气净化器存在时室内VOC浓度分布研究[D].清华大学,2004.

[5]胡燕燕.用静电空气净化器改善室内空气品质的探讨[J].制冷,2003,23(2):80-83.

[6]肖沅芷.家居环境PMz.s控制用净化过滤技术的研究[D].东华大学,2015.

作者：任平康 常静 穆国华 单位：黄河科技学院工学部