防霾型吸收式空氣凈化器的設計

何恬 竇同璐 劉秋言 繆旭光 陳建秋

摘 要：目前空氣質量下降，許多家庭與單位配備了空氣凈化器，以在一定程度上改善周圍環境的空氣質量，減少呼吸道等疾病的發生。而現在市面上的空氣凈化器有著自己的局限性與不便性，大多采用濾網或是負離子等其他方式進行空氣凈化，造成了成本高、維修不便等問題。我們小組針對其問題研究新型的吸收式防霾空氣凈化器，通過將空氣中的固體顆粒吸收入水中的方式，降低空氣中PM2.5、PM10等對人體有害的固體顆粒物含量，以達到凈化空氣的目的。

關鍵詞：鼓泡法 空氣凈化器 顆粒 液相 防霾

中圖分類號：X1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0093-02

隨著中國工業化進程的加快，霧霾在中國特別是東部沿海地區呈現高發態勢并有進一步惡化的趨勢，嚴重影響了生產生活和社會發展。南京市的PM10超標嚴重，2002年春季南京市城區PM10超標率達83%。超標倍數為1.8～4.9。而中國最大的霧霾實驗室在北京籌建，霧霾治理的可行性日益增加。

而如何凈化空氣，是許多人現在所關心的問題。現有的空氣凈化裝置，主要分為主動與被動兩大類，而使用濾網的被動式空氣凈化器，對濾網有著較高的要求，同時濾網的拆卸與清洗也較為不便，無論是家庭還是工廠，使用此類空氣凈化器都有著許多不便，而且部分效果較好的濾網價格也較為昂貴；而不使用濾網的主動式空氣凈化器，雖然解決了濾網清洗不便的問題，可是它們有著較高的科技含量，結構復雜，耗能高，有著維修不便、價格昂貴等問題。

在自然狀態下，雨后的空氣明顯較雨前更清新，我們以這個現象為啟發，設計了采用將固體顆粒吸入液相的空氣凈化器，以有效地清除空氣中的顆粒，成本較低，使用方便，可供大多數家庭使用，較好地解決了現有的空氣凈化器中具有的缺陷。

1 吸收式空氣凈化器工作原理

1.1 設計與計算

圖1是該空氣凈化器的系統原理圖，該空氣其凈化器主要由箱體、鼓泡館、鼓風機、傳感器、水質監測器組成。鼓泡管上開設有小孔，并且與箱體外部的鼓風機相連，其上部設置多孔篩。箱體內部裝入水，在水中設有傳感器，并且與水質監測器相連。在箱體的底部設置有排水處。

使用時，將純凈水裝入盛器箱體內，鼓風機將空氣壓入與之相連接的鼓泡管，空氣從分布在鼓泡管上的小孔中鼓出，并往上冒泡，氣泡通過上層的多孔篩，通過后氣泡會分裂成為更多更微小的氣泡，小氣泡從多孔篩中冒出，待氣泡自由上浮至液體表面，自由爆炸破裂，釋放潔凈空氣。利用多孔篩切割氣泡的原理和自由面氣泡爆炸原理，使氣泡中的顆粒物及有害物質溶于水中，釋放出潔凈的空氣，從而達到凈化空氣的目的。洗衣粉有很好的表面張力作用，在對空氣要求較高的環境中，可在純凈水中加入一定量的洗衣粉以達到更好的凈化效果。水質監測器作為本產品的輔助部件，通過導電率傳感器將數據傳至水質監測器，用于監測水質，用戶可以根據其顯示的水質情況，根據自身需求判斷是否需要更換潔凈的水。換水時，廢水可直接從下方的排水口中排出，待廢水排盡后，使用者可以直接將潔凈的水從該產品的上方倒入，以供該產品新一輪的使用。

采用本裝置的防霾型吸收式空氣凈化器，箱體可以用無毒塑料或不銹鋼成型，形狀可以是長方形或圓柱體，箱體大小可視被凈化的空間大小而定，鼓風機功率也視被凈化空間的大小而定。鼓泡管用無毒塑料或不銹鋼制成，多孔篩可用無毒塑料、陶瓷、纖維制成。

1.2 模擬實驗結果

本實驗在約20 m2的屋內，分別選取空氣狀況相近的3天進行。8：00-9：00進行開窗通風，實驗從9：00開始，每隔半小時用PM2.5檢測儀測定室內PM2.5指數，至17：00。實驗分別測定了不使用模型機，使用7厘米水深的模型機和13 cm水深的模型機下，室內PM2.5值的變化，結果如圖2所示。

2 結論

通過計算與測試，在使用該機器的情況下，室內的PM2.5有了較大的減少，室內的空氣質量也有了較好的改善。可見，該凈化器可以很好地進行空氣凈化。

同時該空氣凈化器有較低的使用功率，與現在市面上現有的空氣凈化器相比，其操作與修理維護也較為便捷。

根據其大小結構和功率的可調節性，該產品可應用于家居、辦公場所、公共場所、有粉塵的車間、工作間、火力發電廠、化工廠等生產企業的煙塵過濾等。同時其應用廣泛，生產投資小，制造工藝簡單，產品利潤空間大，有著較好的市場前景。在我國目前大氣污染嚴重、環保意識增強、環境治理加強的今天，該產品具有十分重要的意義。現在，該產品已獲得國家實用新型專利，專利號為：201420398201.7。

參考文獻

[1]許明軍，王月華，湯莉莉，等.南京城區與郊區秋季大氣PM10中水溶性離子的特征研究[J].環境工程，2012（5）：108-113.

[2]楊敏，豆小敏，張昱.固液界面吸附機制與模型[J].環境科學學報，2006（10）：1581-1585.

[3]范秀山，彭國勝.分子、離子對及離子狀態在固液吸附中的作用淺析[J].土壤，2002（1）：36-41.

[4]馬奉瑞.鼓泡反應器的工藝設計[J].石化技術，2006，13（1）：23.