靜電技術(shù)在防塵紗窗中的應(yīng)用

韓東穎等

摘 要：近年來，靜電除塵技術(shù)被應(yīng)用到紗窗行業(yè)，這些紗窗主要采用電容器原理和靜電發(fā)生器兩種方式使紗窗帶上靜電，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、安全性低，靜電吸附的灰塵不能自動(dòng)清理，這些紗窗均沒有被大眾接受。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，利用摩擦起電原理使窗紗帶上靜電的過程方便、有效，可行性高，并且可利用單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)“雙卷軸結(jié)構(gòu)”來實(shí)現(xiàn)窗紗的自動(dòng)摩擦起電和自動(dòng)清理過程。“雙卷軸結(jié)構(gòu)”的主動(dòng)軸置于窗體的上邊框上，從動(dòng)軸置于窗體的下邊框上，窗紗的兩頭分別卷在主動(dòng)軸和從動(dòng)軸上；利用可拆卸集塵盒自動(dòng)收集由毛刷刷下的塵土；利用棉滌條與窗紗摩擦使窗紗帶上靜電，棉滌條平行于硬毛刷固定在集塵盒上。這種設(shè)計(jì)使紗窗具有更好的防塵性能，實(shí)現(xiàn)了灰塵的自動(dòng)清理且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，安全系數(shù)高。

關(guān)鍵詞：靜電技術(shù) 紗窗 防塵 自動(dòng)清理

中圖分類號(hào)：TM151 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（b）-0001-02

近年來，由于工業(yè)污染、汽車尾氣排放等人為因素和浮塵、揚(yáng)塵、沙塵暴等自然因素的影響，人們賴以生存的空氣變得越來越污濁，空氣中肆虐的PM2.5讓久居都市的人們感到不安。遇重污染天氣的時(shí)候，住在繁忙道路兩側(cè)的居民不能開窗通風(fēng)，苦不堪言。目前亟待開發(fā)出一種簡(jiǎn)單實(shí)用的集防沙和通風(fēng)于一體的新型窗戶，滿足廣大家庭的需求。

靜電技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)，如靜電復(fù)印、靜電除塵、靜電紡絲等。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)penny博士于1935年首次設(shè)計(jì)了靜電式室內(nèi)空氣凈化器，從此靜電技術(shù)開始應(yīng)用于室內(nèi)除塵。按凈化原理可將室內(nèi)空氣凈化器分為三類：過濾吸附型、靜電集塵型、復(fù)合型。近幾年又出現(xiàn)了基于靜電技術(shù)的防塵紗窗[1～2]，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、安全性低，靜電吸附的灰塵不能自動(dòng)清理，這些紗窗均沒有被大眾接受。市面上最受歡迎的是仍然隱形紗窗，使用時(shí)把窗紗拉下來，不用時(shí)窗紗便能自動(dòng)回卷到紗盒中，使用方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且只能遮擋蚊蠅，不能有效防止灰塵進(jìn)入，透風(fēng)性能也有待進(jìn)一步提高。因此，解決這些存在的問題，有利于靜電技術(shù)在防塵紗窗中的廣泛應(yīng)用。

1 靜電發(fā)生器在紗窗防塵中的應(yīng)用

靜電發(fā)生器[3]的工作原理：由一穩(wěn)定直流電源提供能量，經(jīng)自激振蕩將其轉(zhuǎn)換成5～20 kHz的頻率，并升壓至6～10 kV交變電，再經(jīng)多級(jí)倍壓整流即可獲得更高的電壓。這種防塵紗窗一般是將靜電發(fā)生器固定在窗框上，靜電發(fā)生器的輸入端接低壓直流電，輸出端的一根線接地，另一根線接到金屬網(wǎng)上，然后把金屬網(wǎng)覆蓋到玻璃纖維[4]紗窗上，玻璃纖維紗窗就會(huì)帶上靜電，這樣空氣中的灰塵通過紗窗時(shí)就會(huì)被靜電吸附，然后定期清理窗紗上的灰塵就可以達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目的。

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)方案及效果如下：把鐵絲網(wǎng)固定于金屬框架（涂有絕緣漆）上，然后把靜電發(fā)生器輸出的高電壓通到鐵絲網(wǎng)上（如圖1所示），可以觀察到電流會(huì)擊穿絕緣漆向墻壁放電，但是此時(shí)鐵絲網(wǎng)并沒有吸附紙屑，然后把玻璃纖維覆蓋在鐵絲網(wǎng)上后，觀察到玻璃纖維產(chǎn)生了較好的吸附紙屑的效果。實(shí)驗(yàn)證明這種方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、安全性與可行性不高，靜電吸附的灰塵不能自動(dòng)清理。

2 電容器原理在紗窗防塵中的應(yīng)用

采用這種方法使紗窗具有一定防塵效果的是高壓吸塵紗窗[2]，其由兩扇窗紗構(gòu)成，每一扇窗紗用一根導(dǎo)線編織而成，其中一扇窗紗的導(dǎo)線，一端經(jīng)高壓控制系統(tǒng)內(nèi)的限流電阻與高壓控制系統(tǒng)正極相連接，另一端用耐高壓的絕緣膠密封，不與空氣相通；另一扇窗紗的導(dǎo)線，與高壓控制系統(tǒng)負(fù)極相連接，導(dǎo)線另一端用耐高壓的絕緣膠密封，不與空氣相通。兩扇窗紗并排豎放，構(gòu)成一個(gè)電容器，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

但這種設(shè)計(jì)存在類似的問題，安全性與可行性都不高。需要研究一種低壓吸塵紗窗，來提高安全性與可行性，所以設(shè)計(jì)了一種“鐵絲網(wǎng)—尼龍網(wǎng)—鐵絲網(wǎng)”的三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，使上下兩層網(wǎng)構(gòu)成電容器，如圖3所示，來驗(yàn)證低壓條件下電容器所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)是否具有明顯的吸附灰塵的效果。

利用APS3005D（直流可調(diào)穩(wěn)壓電源）來研究其在不同電場(chǎng)強(qiáng)度下的吸塵效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低壓（0～12 V）條件下，通過電容器原理產(chǎn)生的靜電場(chǎng)不具備吸附室內(nèi)灰塵的效果。

3 一種新的基于靜電技術(shù)的防塵透風(fēng)紗窗設(shè)計(jì)

目前，市面上最受歡迎的是隱形紗窗，所以將靜電技術(shù)應(yīng)用于隱形紗窗，衍生出一種新型的基于靜電技術(shù)的防塵紗窗。利用單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)[5～8]（控制電路如圖4所示）帶動(dòng)“雙卷軸結(jié)構(gòu)”，“雙卷軸結(jié)構(gòu)”的主動(dòng)軸置于窗框的上邊框上，從動(dòng)軸置于窗框的下邊框上，窗紗的兩頭分別卷在主動(dòng)軸和從動(dòng)軸上；利用可拆卸集塵盒自動(dòng)收集由毛刷刷下的塵土，集塵盒置于窗框的下邊框，毛刷固定于集塵盒上；利用棉滌條與窗紗摩擦使窗紗帶上靜電，棉滌條平行于硬毛刷固定在集塵盒上，可將集塵盒拆卸下來，清理毛刷、棉滌條與集塵盒里的灰塵。

“雙卷軸結(jié)構(gòu)”通過鏈條傳動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，窗紗向下移動(dòng)，毛刷清理窗紗上的灰塵，同時(shí)通過摩擦起電過程，窗紗帶上了靜電，之后電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，窗紗上移回到初始位置，完成一個(gè)循環(huán)。循環(huán)過程由單片機(jī)控制，每隔6 h執(zhí)行一次，達(dá)到清理窗紗并維持窗紗上靜電量的目的。由于帶上靜電的窗紗對(duì)灰塵具有吸附作用，所以在提高紗窗防塵效果的同時(shí)并沒有降低紗窗的通風(fēng)性能，解決了紗窗防塵與透風(fēng)的矛盾。

利用Creo制作了紗窗拆解圖（圖5）與整體構(gòu)造圖（圖6），并初步通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這種設(shè)計(jì)方法，其產(chǎn)生靜電的過程簡(jiǎn)單、快捷、有效，自動(dòng)清理并收集了大部分灰塵，具有很好的安全性、實(shí)用性和可行性，經(jīng)過外觀優(yōu)化及各部件的優(yōu)化后可以應(yīng)用于樓房、紡紗廠等場(chǎng)所。

4 結(jié)語

介紹了靜電發(fā)生器、高壓電容器在紗窗設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)與特色，它們的防塵效果都是顯著的，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高壓對(duì)人們的安全造成威脅，可行性不高。討論了基于摩擦起電原理紗窗的設(shè)計(jì)方法及其安全性與可行性。證明了通過摩擦起電的方式，窗紗可以有效地帶上靜電，對(duì)灰塵的吸附效果顯著，集塵盒可對(duì)灰塵進(jìn)行自動(dòng)清理與收集，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這種設(shè)計(jì)集防塵、除塵于一體，不僅可以應(yīng)用于樓房住宅，還可以應(yīng)用于紡紗廠、微機(jī)室等場(chǎng)所。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡新豐.靜電吸塵紗窗：中國(guó)，200820088 435.6[P]，2009-03-18.

[2] 上海理工大學(xué).高壓吸塵紗窗：中國(guó)，200710041301.9[P]，2007-10-24.

[3] 閆萬舉.高壓靜電發(fā)生器的原理、結(jié)構(gòu)和選用[J].涂裝與電鍍，2010：24-25.

[4] 李雄輝，胡萍，楊勇，等.聚乙烯涂覆玻璃纖維紗窗布的開發(fā)研究[J].塑料科技，2005：35-41.

[5] 何兵.基于MCS-51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制實(shí)現(xiàn)[J].瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008：56-59.

[6] 羅恒年.PLC控制的步進(jìn)電機(jī)門系統(tǒng)[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2010：49-52.

[7] 黃勇，廖宇，高林.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2008：150-154.

[8] 張秋妍.單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)[J].職業(yè)，2009：107-108.

[9] 蔡耀成.三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)[C]//2001第六屆中國(guó)小電機(jī)技術(shù)研討會(huì)論文集，2001：98-103.

[10] 王宗培.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)[C]//電氣技術(shù)發(fā)展綜述，2004：33-37.

摘 要：近年來，靜電除塵技術(shù)被應(yīng)用到紗窗行業(yè)，這些紗窗主要采用電容器原理和靜電發(fā)生器兩種方式使紗窗帶上靜電，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、安全性低，靜電吸附的灰塵不能自動(dòng)清理，這些紗窗均沒有被大眾接受。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，利用摩擦起電原理使窗紗帶上靜電的過程方便、有效，可行性高，并且可利用單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)“雙卷軸結(jié)構(gòu)”來實(shí)現(xiàn)窗紗的自動(dòng)摩擦起電和自動(dòng)清理過程。“雙卷軸結(jié)構(gòu)”的主動(dòng)軸置于窗體的上邊框上，從動(dòng)軸置于窗體的下邊框上，窗紗的兩頭分別卷在主動(dòng)軸和從動(dòng)軸上；利用可拆卸集塵盒自動(dòng)收集由毛刷刷下的塵土；利用棉滌條與窗紗摩擦使窗紗帶上靜電，棉滌條平行于硬毛刷固定在集塵盒上。這種設(shè)計(jì)使紗窗具有更好的防塵性能，實(shí)現(xiàn)了灰塵的自動(dòng)清理且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，安全系數(shù)高。

關(guān)鍵詞：靜電技術(shù) 紗窗 防塵 自動(dòng)清理

中圖分類號(hào)：TM151 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（b）-0001-02

近年來，由于工業(yè)污染、汽車尾氣排放等人為因素和浮塵、揚(yáng)塵、沙塵暴等自然因素的影響，人們賴以生存的空氣變得越來越污濁，空氣中肆虐的PM2.5讓久居都市的人們感到不安。遇重污染天氣的時(shí)候，住在繁忙道路兩側(cè)的居民不能開窗通風(fēng)，苦不堪言。目前亟待開發(fā)出一種簡(jiǎn)單實(shí)用的集防沙和通風(fēng)于一體的新型窗戶，滿足廣大家庭的需求。

靜電技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)，如靜電復(fù)印、靜電除塵、靜電紡絲等。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)penny博士于1935年首次設(shè)計(jì)了靜電式室內(nèi)空氣凈化器，從此靜電技術(shù)開始應(yīng)用于室內(nèi)除塵。按凈化原理可將室內(nèi)空氣凈化器分為三類：過濾吸附型、靜電集塵型、復(fù)合型。近幾年又出現(xiàn)了基于靜電技術(shù)的防塵紗窗[1～2]，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、安全性低，靜電吸附的灰塵不能自動(dòng)清理，這些紗窗均沒有被大眾接受。市面上最受歡迎的是仍然隱形紗窗，使用時(shí)把窗紗拉下來，不用時(shí)窗紗便能自動(dòng)回卷到紗盒中，使用方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且只能遮擋蚊蠅，不能有效防止灰塵進(jìn)入，透風(fēng)性能也有待進(jìn)一步提高。因此，解決這些存在的問題，有利于靜電技術(shù)在防塵紗窗中的廣泛應(yīng)用。

1 靜電發(fā)生器在紗窗防塵中的應(yīng)用

靜電發(fā)生器[3]的工作原理：由一穩(wěn)定直流電源提供能量，經(jīng)自激振蕩將其轉(zhuǎn)換成5～20 kHz的頻率，并升壓至6～10 kV交變電，再經(jīng)多級(jí)倍壓整流即可獲得更高的電壓。這種防塵紗窗一般是將靜電發(fā)生器固定在窗框上，靜電發(fā)生器的輸入端接低壓直流電，輸出端的一根線接地，另一根線接到金屬網(wǎng)上，然后把金屬網(wǎng)覆蓋到玻璃纖維[4]紗窗上，玻璃纖維紗窗就會(huì)帶上靜電，這樣空氣中的灰塵通過紗窗時(shí)就會(huì)被靜電吸附，然后定期清理窗紗上的灰塵就可以達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目的。

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)方案及效果如下：把鐵絲網(wǎng)固定于金屬框架（涂有絕緣漆）上，然后把靜電發(fā)生器輸出的高電壓通到鐵絲網(wǎng)上（如圖1所示），可以觀察到電流會(huì)擊穿絕緣漆向墻壁放電，但是此時(shí)鐵絲網(wǎng)并沒有吸附紙屑，然后把玻璃纖維覆蓋在鐵絲網(wǎng)上后，觀察到玻璃纖維產(chǎn)生了較好的吸附紙屑的效果。實(shí)驗(yàn)證明這種方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、安全性與可行性不高，靜電吸附的灰塵不能自動(dòng)清理。

2 電容器原理在紗窗防塵中的應(yīng)用

采用這種方法使紗窗具有一定防塵效果的是高壓吸塵紗窗[2]，其由兩扇窗紗構(gòu)成，每一扇窗紗用一根導(dǎo)線編織而成，其中一扇窗紗的導(dǎo)線，一端經(jīng)高壓控制系統(tǒng)內(nèi)的限流電阻與高壓控制系統(tǒng)正極相連接，另一端用耐高壓的絕緣膠密封，不與空氣相通；另一扇窗紗的導(dǎo)線，與高壓控制系統(tǒng)負(fù)極相連接，導(dǎo)線另一端用耐高壓的絕緣膠密封，不與空氣相通。兩扇窗紗并排豎放，構(gòu)成一個(gè)電容器，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

但這種設(shè)計(jì)存在類似的問題，安全性與可行性都不高。需要研究一種低壓吸塵紗窗，來提高安全性與可行性，所以設(shè)計(jì)了一種“鐵絲網(wǎng)—尼龍網(wǎng)—鐵絲網(wǎng)”的三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，使上下兩層網(wǎng)構(gòu)成電容器，如圖3所示，來驗(yàn)證低壓條件下電容器所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)是否具有明顯的吸附灰塵的效果。

利用APS3005D（直流可調(diào)穩(wěn)壓電源）來研究其在不同電場(chǎng)強(qiáng)度下的吸塵效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低壓（0～12 V）條件下，通過電容器原理產(chǎn)生的靜電場(chǎng)不具備吸附室內(nèi)灰塵的效果。

3 一種新的基于靜電技術(shù)的防塵透風(fēng)紗窗設(shè)計(jì)

目前，市面上最受歡迎的是隱形紗窗，所以將靜電技術(shù)應(yīng)用于隱形紗窗，衍生出一種新型的基于靜電技術(shù)的防塵紗窗。利用單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)[5～8]（控制電路如圖4所示）帶動(dòng)“雙卷軸結(jié)構(gòu)”，“雙卷軸結(jié)構(gòu)”的主動(dòng)軸置于窗框的上邊框上，從動(dòng)軸置于窗框的下邊框上，窗紗的兩頭分別卷在主動(dòng)軸和從動(dòng)軸上；利用可拆卸集塵盒自動(dòng)收集由毛刷刷下的塵土，集塵盒置于窗框的下邊框，毛刷固定于集塵盒上；利用棉滌條與窗紗摩擦使窗紗帶上靜電，棉滌條平行于硬毛刷固定在集塵盒上，可將集塵盒拆卸下來，清理毛刷、棉滌條與集塵盒里的灰塵。

“雙卷軸結(jié)構(gòu)”通過鏈條傳動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，窗紗向下移動(dòng)，毛刷清理窗紗上的灰塵，同時(shí)通過摩擦起電過程，窗紗帶上了靜電，之后電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，窗紗上移回到初始位置，完成一個(gè)循環(huán)。循環(huán)過程由單片機(jī)控制，每隔6 h執(zhí)行一次，達(dá)到清理窗紗并維持窗紗上靜電量的目的。由于帶上靜電的窗紗對(duì)灰塵具有吸附作用，所以在提高紗窗防塵效果的同時(shí)并沒有降低紗窗的通風(fēng)性能，解決了紗窗防塵與透風(fēng)的矛盾。

利用Creo制作了紗窗拆解圖（圖5）與整體構(gòu)造圖（圖6），并初步通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這種設(shè)計(jì)方法，其產(chǎn)生靜電的過程簡(jiǎn)單、快捷、有效，自動(dòng)清理并收集了大部分灰塵，具有很好的安全性、實(shí)用性和可行性，經(jīng)過外觀優(yōu)化及各部件的優(yōu)化后可以應(yīng)用于樓房、紡紗廠等場(chǎng)所。

4 結(jié)語

介紹了靜電發(fā)生器、高壓電容器在紗窗設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)與特色，它們的防塵效果都是顯著的，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高壓對(duì)人們的安全造成威脅，可行性不高。討論了基于摩擦起電原理紗窗的設(shè)計(jì)方法及其安全性與可行性。證明了通過摩擦起電的方式，窗紗可以有效地帶上靜電，對(duì)灰塵的吸附效果顯著，集塵盒可對(duì)灰塵進(jìn)行自動(dòng)清理與收集，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這種設(shè)計(jì)集防塵、除塵于一體，不僅可以應(yīng)用于樓房住宅，還可以應(yīng)用于紡紗廠、微機(jī)室等場(chǎng)所。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡新豐.靜電吸塵紗窗：中國(guó)，200820088 435.6[P]，2009-03-18.

[2] 上海理工大學(xué).高壓吸塵紗窗：中國(guó)，200710041301.9[P]，2007-10-24.

[3] 閆萬舉.高壓靜電發(fā)生器的原理、結(jié)構(gòu)和選用[J].涂裝與電鍍，2010：24-25.

[4] 李雄輝，胡萍，楊勇，等.聚乙烯涂覆玻璃纖維紗窗布的開發(fā)研究[J].塑料科技，2005：35-41.

[5] 何兵.基于MCS-51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制實(shí)現(xiàn)[J].瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008：56-59.

[6] 羅恒年.PLC控制的步進(jìn)電機(jī)門系統(tǒng)[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2010：49-52.

[7] 黃勇，廖宇，高林.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2008：150-154.

[8] 張秋妍.單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)[J].職業(yè)，2009：107-108.

[9] 蔡耀成.三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)[C]//2001第六屆中國(guó)小電機(jī)技術(shù)研討會(huì)論文集，2001：98-103.

[10] 王宗培.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)[C]//電氣技術(shù)發(fā)展綜述，2004：33-37.

摘 要：近年來，靜電除塵技術(shù)被應(yīng)用到紗窗行業(yè)，這些紗窗主要采用電容器原理和靜電發(fā)生器兩種方式使紗窗帶上靜電，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、安全性低，靜電吸附的灰塵不能自動(dòng)清理，這些紗窗均沒有被大眾接受。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，利用摩擦起電原理使窗紗帶上靜電的過程方便、有效，可行性高，并且可利用單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)“雙卷軸結(jié)構(gòu)”來實(shí)現(xiàn)窗紗的自動(dòng)摩擦起電和自動(dòng)清理過程。“雙卷軸結(jié)構(gòu)”的主動(dòng)軸置于窗體的上邊框上，從動(dòng)軸置于窗體的下邊框上，窗紗的兩頭分別卷在主動(dòng)軸和從動(dòng)軸上；利用可拆卸集塵盒自動(dòng)收集由毛刷刷下的塵土；利用棉滌條與窗紗摩擦使窗紗帶上靜電，棉滌條平行于硬毛刷固定在集塵盒上。這種設(shè)計(jì)使紗窗具有更好的防塵性能，實(shí)現(xiàn)了灰塵的自動(dòng)清理且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，安全系數(shù)高。

關(guān)鍵詞：靜電技術(shù) 紗窗 防塵 自動(dòng)清理

中圖分類號(hào)：TM151 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（b）-0001-02

近年來，由于工業(yè)污染、汽車尾氣排放等人為因素和浮塵、揚(yáng)塵、沙塵暴等自然因素的影響，人們賴以生存的空氣變得越來越污濁，空氣中肆虐的PM2.5讓久居都市的人們感到不安。遇重污染天氣的時(shí)候，住在繁忙道路兩側(cè)的居民不能開窗通風(fēng)，苦不堪言。目前亟待開發(fā)出一種簡(jiǎn)單實(shí)用的集防沙和通風(fēng)于一體的新型窗戶，滿足廣大家庭的需求。

靜電技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)，如靜電復(fù)印、靜電除塵、靜電紡絲等。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)penny博士于1935年首次設(shè)計(jì)了靜電式室內(nèi)空氣凈化器，從此靜電技術(shù)開始應(yīng)用于室內(nèi)除塵。按凈化原理可將室內(nèi)空氣凈化器分為三類：過濾吸附型、靜電集塵型、復(fù)合型。近幾年又出現(xiàn)了基于靜電技術(shù)的防塵紗窗[1～2]，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、安全性低，靜電吸附的灰塵不能自動(dòng)清理，這些紗窗均沒有被大眾接受。市面上最受歡迎的是仍然隱形紗窗，使用時(shí)把窗紗拉下來，不用時(shí)窗紗便能自動(dòng)回卷到紗盒中，使用方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且只能遮擋蚊蠅，不能有效防止灰塵進(jìn)入，透風(fēng)性能也有待進(jìn)一步提高。因此，解決這些存在的問題，有利于靜電技術(shù)在防塵紗窗中的廣泛應(yīng)用。

1 靜電發(fā)生器在紗窗防塵中的應(yīng)用

靜電發(fā)生器[3]的工作原理：由一穩(wěn)定直流電源提供能量，經(jīng)自激振蕩將其轉(zhuǎn)換成5～20 kHz的頻率，并升壓至6～10 kV交變電，再經(jīng)多級(jí)倍壓整流即可獲得更高的電壓。這種防塵紗窗一般是將靜電發(fā)生器固定在窗框上，靜電發(fā)生器的輸入端接低壓直流電，輸出端的一根線接地，另一根線接到金屬網(wǎng)上，然后把金屬網(wǎng)覆蓋到玻璃纖維[4]紗窗上，玻璃纖維紗窗就會(huì)帶上靜電，這樣空氣中的灰塵通過紗窗時(shí)就會(huì)被靜電吸附，然后定期清理窗紗上的灰塵就可以達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目的。

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)方案及效果如下：把鐵絲網(wǎng)固定于金屬框架（涂有絕緣漆）上，然后把靜電發(fā)生器輸出的高電壓通到鐵絲網(wǎng)上（如圖1所示），可以觀察到電流會(huì)擊穿絕緣漆向墻壁放電，但是此時(shí)鐵絲網(wǎng)并沒有吸附紙屑，然后把玻璃纖維覆蓋在鐵絲網(wǎng)上后，觀察到玻璃纖維產(chǎn)生了較好的吸附紙屑的效果。實(shí)驗(yàn)證明這種方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、安全性與可行性不高，靜電吸附的灰塵不能自動(dòng)清理。

2 電容器原理在紗窗防塵中的應(yīng)用

采用這種方法使紗窗具有一定防塵效果的是高壓吸塵紗窗[2]，其由兩扇窗紗構(gòu)成，每一扇窗紗用一根導(dǎo)線編織而成，其中一扇窗紗的導(dǎo)線，一端經(jīng)高壓控制系統(tǒng)內(nèi)的限流電阻與高壓控制系統(tǒng)正極相連接，另一端用耐高壓的絕緣膠密封，不與空氣相通；另一扇窗紗的導(dǎo)線，與高壓控制系統(tǒng)負(fù)極相連接，導(dǎo)線另一端用耐高壓的絕緣膠密封，不與空氣相通。兩扇窗紗并排豎放，構(gòu)成一個(gè)電容器，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

但這種設(shè)計(jì)存在類似的問題，安全性與可行性都不高。需要研究一種低壓吸塵紗窗，來提高安全性與可行性，所以設(shè)計(jì)了一種“鐵絲網(wǎng)—尼龍網(wǎng)—鐵絲網(wǎng)”的三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，使上下兩層網(wǎng)構(gòu)成電容器，如圖3所示，來驗(yàn)證低壓條件下電容器所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)是否具有明顯的吸附灰塵的效果。

利用APS3005D（直流可調(diào)穩(wěn)壓電源）來研究其在不同電場(chǎng)強(qiáng)度下的吸塵效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低壓（0～12 V）條件下，通過電容器原理產(chǎn)生的靜電場(chǎng)不具備吸附室內(nèi)灰塵的效果。

3 一種新的基于靜電技術(shù)的防塵透風(fēng)紗窗設(shè)計(jì)

目前，市面上最受歡迎的是隱形紗窗，所以將靜電技術(shù)應(yīng)用于隱形紗窗，衍生出一種新型的基于靜電技術(shù)的防塵紗窗。利用單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)[5～8]（控制電路如圖4所示）帶動(dòng)“雙卷軸結(jié)構(gòu)”，“雙卷軸結(jié)構(gòu)”的主動(dòng)軸置于窗框的上邊框上，從動(dòng)軸置于窗框的下邊框上，窗紗的兩頭分別卷在主動(dòng)軸和從動(dòng)軸上；利用可拆卸集塵盒自動(dòng)收集由毛刷刷下的塵土，集塵盒置于窗框的下邊框，毛刷固定于集塵盒上；利用棉滌條與窗紗摩擦使窗紗帶上靜電，棉滌條平行于硬毛刷固定在集塵盒上，可將集塵盒拆卸下來，清理毛刷、棉滌條與集塵盒里的灰塵。

“雙卷軸結(jié)構(gòu)”通過鏈條傳動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，窗紗向下移動(dòng)，毛刷清理窗紗上的灰塵，同時(shí)通過摩擦起電過程，窗紗帶上了靜電，之后電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，窗紗上移回到初始位置，完成一個(gè)循環(huán)。循環(huán)過程由單片機(jī)控制，每隔6 h執(zhí)行一次，達(dá)到清理窗紗并維持窗紗上靜電量的目的。由于帶上靜電的窗紗對(duì)灰塵具有吸附作用，所以在提高紗窗防塵效果的同時(shí)并沒有降低紗窗的通風(fēng)性能，解決了紗窗防塵與透風(fēng)的矛盾。

利用Creo制作了紗窗拆解圖（圖5）與整體構(gòu)造圖（圖6），并初步通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這種設(shè)計(jì)方法，其產(chǎn)生靜電的過程簡(jiǎn)單、快捷、有效，自動(dòng)清理并收集了大部分灰塵，具有很好的安全性、實(shí)用性和可行性，經(jīng)過外觀優(yōu)化及各部件的優(yōu)化后可以應(yīng)用于樓房、紡紗廠等場(chǎng)所。

4 結(jié)語

介紹了靜電發(fā)生器、高壓電容器在紗窗設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)與特色，它們的防塵效果都是顯著的，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高壓對(duì)人們的安全造成威脅，可行性不高。討論了基于摩擦起電原理紗窗的設(shè)計(jì)方法及其安全性與可行性。證明了通過摩擦起電的方式，窗紗可以有效地帶上靜電，對(duì)灰塵的吸附效果顯著，集塵盒可對(duì)灰塵進(jìn)行自動(dòng)清理與收集，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這種設(shè)計(jì)集防塵、除塵于一體，不僅可以應(yīng)用于樓房住宅，還可以應(yīng)用于紡紗廠、微機(jī)室等場(chǎng)所。

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