空氣凈化器結(jié)構(gòu)設計創(chuàng)新

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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。本設計為無需與室外進行空氣交換空氣凈化器的結(jié)構(gòu)設計，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]。現(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)設計

2.1產(chǎn)品外觀設計

本設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計，其外形小巧方便可攜帶，斜面的排出空氣孔設計使?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計、機箱外殼和電機。具體結(jié)構(gòu)如下圖：外觀設計：本設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，由于對本設計進行了新的構(gòu)思和設計，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