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【摘要】隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展,工業(yè)廢氣排放量的增多使得許多城市的霧霾天氣逐漸增多,部分城市的空氣時常處于污染狀態(tài)。為了保證身體的健康、所處空間的空氣潔凈,越來越多的家庭選擇購買空氣凈化器。本設(shè)計為無需與室外進行空氣交換空氣凈化器的結(jié)構(gòu)設(shè)計,其中包括電機和風扇、多層不同功能空氣過濾網(wǎng)、空氣凈化器外殼、主電路、控制電路、可充電電源。
【關(guān)鍵詞】發(fā)展現(xiàn)狀;結(jié)構(gòu)設(shè)計;結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
由于霧霾等污染形成的原因復雜,越來越多的家庭選擇使用空氣凈化器來清潔室內(nèi)的空氣。我們每天至少有三分之一的時間待在室內(nèi),并且室內(nèi)空氣污染對我們身體健康的危害已經(jīng)成了當今最受社會所關(guān)注的熱點問題之一,由于室內(nèi)裝飾裝修和新家具添置造成的甲醛、苯系物、氨、總揮發(fā)性有機化合物等污染物的超標使室內(nèi)空氣質(zhì)量問題比室外更為嚴重,其中甲醛已成為我國室內(nèi)空氣首要污染物[1]。許多研究結(jié)果表明,直接使用空氣凈化器改善包括自然通風房間在內(nèi)的室內(nèi)空氣品質(zhì),既經(jīng)濟合理又具有高效節(jié)能的特征[2-5]?,F(xiàn)如今市場上見到的空氣凈化器目前主要有以過濾為主的凈化器,它具有三層濾網(wǎng)結(jié)構(gòu),可以有效地對PM2.5進行過濾,但是對室內(nèi)裝修產(chǎn)生的甲醛以及其他污染效果并不明顯,而且需要外界空氣進入室內(nèi),然后進行對這部分空氣再凈化,但是此時已經(jīng)有部分外界空氣被用戶吸入,市面上的空氣凈化器并不完善。
1空氣過濾器結(jié)構(gòu)
1.1原理
空氣過濾器是通過多種過濾材料的不同功能作用從空氣中捕集粉塵,并且最終使空氣得以凈化的一種設(shè)備。它把空氣中污濁的氣體凈化處理后送入室內(nèi),以保證潔凈房間的空氣質(zhì)量要求和一般家居房間內(nèi)的空氣潔凈度。
1.2濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)分類
1.2.1物理濾網(wǎng)(1)粗效過濾器粗效過濾器的濾網(wǎng)材料一般為無紡布、金屬絲網(wǎng)、玻璃絲、尼龍網(wǎng)等,我們稱之為物理過濾網(wǎng),也是比較常見到的過濾網(wǎng),它只能過濾大顆粒粉塵。我們常用的粗效過濾器有:CW型空氣過濾器、平板網(wǎng)狀形空氣過濾器、ZJK-1型自動卷繞式人字形空氣過濾器等。其結(jié)構(gòu)形式有卷繞式、帶式、折疊式和板式。(2)中效過濾器常用的中效過濾器有:各種型號的泡沫塑料過濾器、YB型玻璃纖維過濾器等。中效過濾器的濾料主要有玻璃纖維、中細孔聚乙烯泡沫塑料和由滌綸、丙綸、腈綸等制成的合成纖維氈。(3)高效過濾器經(jīng)常見到的高效過濾器有GB型和GWB型。高效過濾器濾料為超細玻璃纖維濾紙,其孔隙非常小。它采用很低的濾速,因此就增強了對微小塵粒的篩濾作用并且減小塵埃擴散作用,因此高效過濾器具有很高的過濾效率。
1.2.2科技過濾(1)靜電過濾器靜電過濾器采用電場產(chǎn)生的電力使塵粒從氣流中分離出來,采用雙區(qū)結(jié)構(gòu),由荷電區(qū)和收塵區(qū)組成,荷電區(qū)是一系列等距離平行安裝的流線形管柱狀接地電極,管柱之間安裝電暈線,電暈線接正極,放電極電壓為10~20kV,收塵區(qū)的集塵極用鋁板制作,極板間距約10mm,極間電壓為5~7kV,在極板間構(gòu)成均勻電場,塵粒在荷電區(qū)獲得正離子,隨后進入收塵區(qū),荷正電或負電的粉塵分別沉降在與其極性相反的極板上,需定期用水或油洗掉極板上的塵粒。(2)活性炭吸附市面上大多數(shù)空氣凈化器應用活性炭技術(shù),因為它具有很強的吸附能力,可以有效地吸附室內(nèi)的粉塵、微粒、細菌等。活性炭可以分為三大類即煤炭類、椰殼類、果殼類,廠家可以根據(jù)不同的需要、不同的參數(shù)選擇合適的活性炭類型,這三大類活性炭中椰殼類的吸附能力相對最強。但是活性炭也有缺點,使用活性炭并不能永久的吸附污染物,當濾芯飽和的時候要及時的更換濾芯,隨著溫度或風速的升高污染物還有可能會出現(xiàn)游離現(xiàn)象。(3)負離子①制造活性氧:負離子即負氧離子,它能有效激活空氣中的氧分子,使這些氧分子更加活躍而更易被人體所吸收,可以有效預防疾病。②改善肺功能:如果人體吸入攜氧負離子,肺部可增加吸收氧氣多達20%,并且多排出15%的二氧化碳。③促進新陳代謝:激活肌體多種酶,促進新陳代謝。④增強抗病能力:負氧離子可改變肌體反應能力,從而活躍網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的機能,增強肌體免疫力。⑤改善睡眠:人體經(jīng)負氧離子作用,會讓人體保持充沛的精神,提高工作效率,并且還可改善睡眠,有明顯的鎮(zhèn)痛作用。⑥殺菌作用:負離子發(fā)生器產(chǎn)生大量負離子,同時產(chǎn)生微量臭氧。二者的結(jié)合很容易吸收各種病毒和細菌,從而引起結(jié)構(gòu)變化或能量轉(zhuǎn)移,導致它們死亡。除塵殺菌可以更有效地減少二手煙的危害。環(huán)境保護和健康是可以看到的。(4)HEPA高效過濾技術(shù)HEPA是一種高效過濾材料,可以有效地過濾空氣中的懸浮顆粒物。HEPA式空氣凈化器在國外應用的較多,但是目前我國用戶并不常選擇。中國的空氣凈化器行業(yè)發(fā)展較晚,許多用戶還沒有意識到空氣凈化效果的重要性,我國西北部有些城市具有較多的塵土,過多的塵土將會大大縮短HEPA的使用壽命。HEPA具有較大的吸附容量可以高效的捕捉微粒,并且使用HE⁃PA的空氣凈化器凈化效率高。用它過濾二手煙過濾效果基本上可以達到100%。
2空氣凈化器產(chǎn)品外觀以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1產(chǎn)品外觀設(shè)計
本設(shè)計主要針對的是一款家用以及小型空間使用的空氣凈化器的設(shè)計,其外形小巧方便可攜帶,斜面的排出空氣孔設(shè)計使?jié)崈艨諝鈹U散范圍更大,其背部為進氣口,前方為空氣排出口的風道各個結(jié)構(gòu)區(qū)分明確。
2.2空氣凈化器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖
當室內(nèi)空氣較為污濁,關(guān)閉門窗開啟空氣凈化器,經(jīng)多層濾網(wǎng)過濾室內(nèi)較為潔凈時,開啟增壓風機,增加氣流擾動,進行室內(nèi)每個角落空氣凈化。開啟軟管處小型氣流風扇,將外界空氣吸入,直接進入濾網(wǎng),經(jīng)過空氣凈化器凈化,再把潔凈的空氣排出。
2.3空氣凈化器結(jié)構(gòu)的三維造型
本產(chǎn)品空氣凈化器的結(jié)構(gòu)構(gòu)成主要是機箱外殼、過濾段、外部風道設(shè)計、電機、電源等。決定壽命的是電機,定凈化效能的是整體的過濾結(jié)構(gòu),決定是否安靜的是風道設(shè)計、機箱外殼和電機。具體結(jié)構(gòu)如下圖:外觀設(shè)計:本設(shè)計主要針對的是一款家用以及小型空間使用的空氣凈化器的設(shè)計,其外形小巧方便可攜帶(方便攜帶指可用私家車裝載且不會占用太大空間)。斜面的排出空氣孔設(shè)計使?jié)崈艨諝鈹U散范圍更大,其背部為進氣口,前方為空氣排出口的風道;正面外殼下方有兩個增壓風機,可以擾動室內(nèi)空氣循環(huán);空氣凈化器背部的孔洞可連接室外空氣,直接將空氣吸入凈化器,各個部分區(qū)分明確。內(nèi)部結(jié)構(gòu):該空氣凈化器主要由無刷直流電機、風扇、多層空氣過濾網(wǎng)組成,空氣過濾網(wǎng)是其中的核心部件。其他的凈化裝置實際上起到的僅是輔助功能,所以空氣過濾網(wǎng)的好壞是直接影響是空氣凈化器效果的最關(guān)鍵因素。斜流增壓風機和風扇:斜流增壓風機和風扇作為本設(shè)計最突出也是必不可少的核心配件,斜流增壓風機可控制空氣進行循環(huán)流動。將室內(nèi)帶有污染物的空氣吸入后經(jīng)過凈化過濾后再將清潔的空氣吹出。
3創(chuàng)新設(shè)計
(1)市面上常見的空氣凈化器在清潔室內(nèi)空氣的同時并不能有效并節(jié)能的制造氧氣,如果增添制氧裝置,會提高很大制作成本;(2)一般空氣凈化器不自帶負離子功能,如果買專用的負離子空氣凈化器價格又過于高昂。我們常待在的地方有,鄉(xiāng)村田野:1000-5000個/cm³增強人體免疫力、抗菌力;城市公園:400-600改善身體健康狀況個/cm³;街道綠化地帶:200-400個/cm³微弱改善身體健康狀況;城市房間:100個/cm³誘發(fā)生理障礙失眠等;樓宇辦公室:40-50個/cm³誘發(fā)生理障礙失眠等。而負氧離子,又被稱為“空氣維生素”,是衡量空氣是否清新的重要標準,而世界衛(wèi)生組織對清新空氣的界定是負氧離子濃度達到1000—1500個/cm³。(3)一般空氣凈化器需要定時開窗,不然室內(nèi)CO2濃度過高會對人體造成不好的影響。而開窗時必定會將外界的污濁引入室內(nèi),這樣空氣凈化器又需要再次工作增加了濾網(wǎng)的負荷,而且會造成濾網(wǎng)的頻繁更換,增加了使用成本。(4)一般空氣凈化器,無論風扇功率如何,空氣都是要通過濾網(wǎng)而濾網(wǎng)的存在都會一定程度上阻礙風量的吸入,因而使室內(nèi)空氣無法充分過濾。本設(shè)計通過對空氣凈化器結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新,空氣凈化器安裝一個特定的管道,管道直接將外界空氣吸收入空氣凈化器,然后通過濾網(wǎng)過濾、靜電吸附之后輸出潔凈的空氣,不需要將室外污濁的空氣與室內(nèi)空氣進行交換,減少了室內(nèi)空氣被室外空氣污染的可能性,同時能夠引入氧氣。而且能夠源源不斷的引入室外負離子,而且不用擔心因設(shè)備的損壞造成的負離子濃度過高或者過低,會一定程度上改善人體。增設(shè)噴射式風機,增加室內(nèi)空氣充分循環(huán),讓潔凈空氣遍布每個角落。
4發(fā)展前景
人類是無法離開空氣的,但是因為空氣被嚴重污染、吸煙群眾越來越多,近些年來全球肺癌患者的數(shù)量大大增多。當代人們發(fā)現(xiàn)空氣質(zhì)量對身體健康越來越重要,而外界的空氣是不能被個人所主宰的,但是我們可以通過空氣凈化器對室內(nèi)的空氣進行改良??諝鈨艋饔卸喾N技術(shù)滿足不同群眾的不同需求。目前我國擁有空氣凈化器的家庭只占少數(shù),但是隨著人們環(huán)境意識的增強,未來的空氣凈化器將呈現(xiàn)突飛猛進的發(fā)展趨勢。
5總結(jié)
通過對空氣凈化器結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新,與小組成員的共同努力對空氣凈化器的創(chuàng)新,由于對本設(shè)計進行了新的構(gòu)思和設(shè)計,可以有效地控制室內(nèi)空氣品質(zhì),對空氣中微小顆粒也有高效率的去除效果。盡管高風速情況下凈化器的粒子捕集效率下降,但就整個房間粒子清除效果而言,噴射風量較大時,房間空氣凈化效果較好。當室內(nèi)空氣穩(wěn)定后,空氣凈化效率會大大提高。該新型的空氣凈化器可以廣泛用于家居、學校等小型場所的衛(wèi)生與潔凈。
參考文獻
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作者:任平康 常靜 穆國華 單位:黃河科技學院工學部