空氣凈化器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新

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【摘要】隨著我國(guó)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(shí)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(lái)越多的家庭選擇購(gòu)買(mǎi)空氣凈化器。本設(shè)計(jì)為無(wú)需與室外進(jìn)行空氣交換空氣凈化器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中包括電機(jī)和風(fēng)扇、多層不同功能空氣過(guò)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(jì)；結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

由于霧霾等污染形成的原因復(fù)雜，越來(lái)越多的家庭選擇使用空氣凈化器來(lái)清潔室內(nèi)的空氣。我們每天至少有三分之一的時(shí)間待在室內(nèi)，并且室內(nèi)空氣污染對(duì)我們身體健康的危害已經(jīng)成了當(dāng)今最受社會(huì)所關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)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(jī)化合物等污染物的超標(biāo)使室內(nèi)空氣質(zhì)量問(wèn)題比室外更為嚴(yán)重，其中甲醛已成為我國(guó)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(fēng)房間在內(nèi)的室內(nèi)空氣品質(zhì)，既經(jīng)濟(jì)合理又具有高效節(jié)能的特征[2-5]。現(xiàn)如今市場(chǎng)上見(jiàn)到的空氣凈化器目前主要有以過(guò)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(duì)PM2.5進(jìn)行過(guò)濾，但是對(duì)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(jìn)入室內(nèi)，然后進(jìn)行對(duì)這部分空氣再凈化，但是此時(shí)已經(jīng)有部分外界空氣被用戶(hù)吸入，市面上的空氣凈化器并不完善。

1空氣過(guò)濾器結(jié)構(gòu)

1.1原理

空氣過(guò)濾器是通過(guò)多種過(guò)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?xún)艋囊环N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(lèi)

1.2.1物理濾網(wǎng)（1）粗效過(guò)濾器粗效過(guò)濾器的濾網(wǎng)材料一般為無(wú)紡布、金屬絲網(wǎng)、玻璃絲、尼龍網(wǎng)等，我們稱(chēng)之為物理過(guò)濾網(wǎng)，也是比較常見(jiàn)到的過(guò)濾網(wǎng)，它只能過(guò)濾大顆粒粉塵。我們常用的粗效過(guò)濾器有：CW型空氣過(guò)濾器、平板網(wǎng)狀形空氣過(guò)濾器、ZJK-1型自動(dòng)卷繞式人字形空氣過(guò)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(guò)濾器常用的中效過(guò)濾器有：各種型號(hào)的泡沫塑料過(guò)濾器、YB型玻璃纖維過(guò)濾器等。中效過(guò)濾器的濾料主要有玻璃纖維、中細(xì)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(guò)濾器經(jīng)常見(jiàn)到的高效過(guò)濾器有GB型和GWB型。高效過(guò)濾器濾料為超細(xì)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(qiáng)了對(duì)微小塵粒的篩濾作用并且減小塵埃擴(kuò)散作用，因此高效過(guò)濾器具有很高的過(guò)濾效率。

1.2.2科技過(guò)濾（1）靜電過(guò)濾器靜電過(guò)濾器采用電場(chǎng)產(chǎn)生的電力使塵粒從氣流中分離出來(lái)，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(chǎng)，塵粒在荷電區(qū)獲得正離子，隨后進(jìn)入收塵區(qū)，荷正電或負(fù)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(yīng)用活性炭技術(shù)，因?yàn)樗哂泻軓?qiáng)的吸附能力，可以有效地吸附室內(nèi)的粉塵、微粒、細(xì)菌等。活性炭可以分為三大類(lèi)即煤炭類(lèi)、椰殼類(lèi)、果殼類(lèi)，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(lèi)型，這三大類(lèi)活性炭中椰殼類(lèi)的吸附能力相對(duì)最強(qiáng)。但是活性炭也有缺點(diǎn)，使用活性炭并不能永久的吸附污染物，當(dāng)濾芯飽和的時(shí)候要及時(shí)的更換濾芯，隨著溫度或風(fēng)速的升高污染物還有可能會(huì)出現(xiàn)游離現(xiàn)象。（3）負(fù)離子①制造活性氧：負(fù)離子即負(fù)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(yù)防疾病。②改善肺功能：如果人體吸入攜氧負(fù)離子，肺部可增加吸收氧氣多達(dá)20%，并且多排出15%的二氧化碳。③促進(jìn)新陳代謝：激活肌體多種酶，促進(jìn)新陳代謝。④增強(qiáng)抗病能力：負(fù)氧離子可改變肌體反應(yīng)能力，從而活躍網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的機(jī)能，增強(qiáng)肌體免疫力。⑤改善睡眠：人體經(jīng)負(fù)氧離子作用，會(huì)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(fù)離子發(fā)生器產(chǎn)生大量負(fù)離子，同時(shí)產(chǎn)生微量臭氧。二者的結(jié)合很容易吸收各種病毒和細(xì)菌，從而引起結(jié)構(gòu)變化或能量轉(zhuǎn)移，導(dǎo)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(hù)和健康是可以看到的。（4）HEPA高效過(guò)濾技術(shù)HEPA是一種高效過(guò)濾材料，可以有效地過(guò)濾空氣中的懸浮顆粒物。HEPA式空氣凈化器在國(guó)外應(yīng)用的較多，但是目前我國(guó)用戶(hù)并不常選擇。中國(guó)的空氣凈化器行業(yè)發(fā)展較晚，許多用戶(hù)還沒(méi)有意識(shí)到空氣凈化效果的重要性，我國(guó)西北部有些城市具有較多的塵土，過(guò)多的塵土將會(huì)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(guò)濾二手煙過(guò)濾效果基本上可以達(dá)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(jì)

2.1產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要針對(duì)的是一款家用以及小型空間使用的空氣凈化器的設(shè)計(jì)，其外形小巧方便可攜帶，斜面的排出空氣孔設(shè)計(jì)使?jié)崈艨諝鈹U(kuò)散范圍更大，其背部為進(jìn)氣口，前方為空氣排出口的風(fēng)道各個(gè)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(jì)示意圖

當(dāng)室內(nèi)空氣較為污濁，關(guān)閉門(mén)窗開(kāi)啟空氣凈化器，經(jīng)多層濾網(wǎng)過(guò)濾室內(nèi)較為潔凈時(shí)，開(kāi)啟增壓風(fēng)機(jī)，增加氣流擾動(dòng)，進(jìn)行室內(nèi)每個(gè)角落空氣凈化。開(kāi)啟軟管處小型氣流風(fēng)扇，將外界空氣吸入，直接進(jìn)入濾網(wǎng)，經(jīng)過(guò)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(jī)箱外殼、過(guò)濾段、外部風(fēng)道設(shè)計(jì)、電機(jī)、電源等。決定壽命的是電機(jī)，定凈化效能的是整體的過(guò)濾結(jié)構(gòu)，決定是否安靜的是風(fēng)道設(shè)計(jì)、機(jī)箱外殼和電機(jī)。具體結(jié)構(gòu)如下圖：外觀設(shè)計(jì)：本設(shè)計(jì)主要針對(duì)的是一款家用以及小型空間使用的空氣凈化器的設(shè)計(jì)，其外形小巧方便可攜帶（方便攜帶指可用私家車(chē)裝載且不會(huì)占用太大空間）。斜面的排出空氣孔設(shè)計(jì)使?jié)崈艨諝鈹U(kuò)散范圍更大，其背部為進(jìn)氣口，前方為空氣排出口的風(fēng)道；正面外殼下方有兩個(gè)增壓風(fēng)機(jī)，可以擾動(dòng)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(gè)部分區(qū)分明確。內(nèi)部結(jié)構(gòu)：該空氣凈化器主要由無(wú)刷直流電機(jī)、風(fēng)扇、多層空氣過(guò)濾網(wǎng)組成，空氣過(guò)濾網(wǎng)是其中的核心部件。其他的凈化裝置實(shí)際上起到的僅是輔助功能，所以空氣過(guò)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(fēng)機(jī)和風(fēng)扇：斜流增壓風(fēng)機(jī)和風(fēng)扇作為本設(shè)計(jì)最突出也是必不可少的核心配件，斜流增壓風(fēng)機(jī)可控制空氣進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。將室內(nèi)帶有污染物的空氣吸入后經(jīng)過(guò)凈化過(guò)濾后再將清潔的空氣吹出。

3創(chuàng)新設(shè)計(jì)

（1）市面上常見(jiàn)的空氣凈化器在清潔室內(nèi)空氣的同時(shí)并不能有效并節(jié)能的制造氧氣，如果增添制氧裝置，會(huì)提高很大制作成本；（2）一般空氣凈化器不自帶負(fù)離子功能，如果買(mǎi)專(zhuān)用的負(fù)離子空氣凈化器價(jià)格又過(guò)于高昂。我們常待在的地方有，鄉(xiāng)村田野：1000-5000個(gè)/cm³增強(qiáng)人體免疫力、抗菌力；城市公園：400-600改善身體健康狀況個(gè)/cm³；街道綠化地帶：200-400個(gè)/cm³微弱改善身體健康狀況；城市房間：100個(gè)/cm³誘發(fā)生理障礙失眠等；樓宇辦公室：40-50個(gè)/cm³誘發(fā)生理障礙失眠等。而負(fù)氧離子，又被稱(chēng)為“空氣維生素”，是衡量空氣是否清新的重要標(biāo)準(zhǔn)，而世界衛(wèi)生組織對(duì)清新空氣的界定是負(fù)氧離子濃度達(dá)到1000—1500個(gè)/cm³。（3）一般空氣凈化器需要定時(shí)開(kāi)窗，不然室內(nèi)CO2濃度過(guò)高會(huì)對(duì)人體造成不好的影響。而開(kāi)窗時(shí)必定會(huì)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(fù)荷，而且會(huì)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(wú)論風(fēng)扇功率如何，空氣都是要通過(guò)濾網(wǎng)而濾網(wǎng)的存在都會(huì)一定程度上阻礙風(fēng)量的吸入，因而使室內(nèi)空氣無(wú)法充分過(guò)濾。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)空氣凈化器結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，空氣凈化器安裝一個(gè)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(guò)濾網(wǎng)過(guò)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(jìn)行交換，減少了室內(nèi)空氣被室外空氣污染的可能性，同時(shí)能夠引入氧氣。而且能夠源源不斷的引入室外負(fù)離子，而且不用擔(dān)心因設(shè)備的損壞造成的負(fù)離子濃度過(guò)高或者過(guò)低，會(huì)一定程度上改善人體。增設(shè)噴射式風(fēng)機(jī)，增加室內(nèi)空氣充分循環(huán)，讓潔凈空氣遍布每個(gè)角落。

4發(fā)展前景

人類(lèi)是無(wú)法離開(kāi)空氣的，但是因?yàn)榭諝獗粐?yán)重污染、吸煙群眾越來(lái)越多，近些年來(lái)全球肺癌患者的數(shù)量大大增多。當(dāng)代人們發(fā)現(xiàn)空氣質(zhì)量對(duì)身體健康越來(lái)越重要，而外界的空氣是不能被個(gè)人所主宰的，但是我們可以通過(guò)空氣凈化器對(duì)室內(nèi)的空氣進(jìn)行改良?？諝鈨艋饔卸喾N技術(shù)滿(mǎn)足不同群眾的不同需求。目前我國(guó)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(shí)的增強(qiáng)，未來(lái)的空氣凈化器將呈現(xiàn)突飛猛進(jìn)的發(fā)展趨勢(shì)。

5總結(jié)

通過(guò)對(duì)空氣凈化器結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，與小組成員的共同努力對(duì)空氣凈化器的創(chuàng)新，由于對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了新的構(gòu)思和設(shè)計(jì)，可以有效地控制室內(nèi)空氣品質(zhì)，對(duì)空氣中微小顆粒也有高效率的去除效果。盡管高風(fēng)速情況下凈化器的粒子捕集效率下降，但就整個(gè)房間粒子清除效果而言，噴射風(fēng)量較大時(shí)，房間空氣凈化效果較好。當(dāng)室內(nèi)空氣穩(wěn)定后，空氣凈化效率會(huì)大大提高。該新型的空氣凈化器可以廣泛用于家居、學(xué)校等小型場(chǎng)所的衛(wèi)生與潔凈。

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作者：任平康 常靜 穆國(guó)華 單位：黃河科技學(xué)院工學(xué)部