车用空气净化系统解析

赵南，田钧

（1.辽宁水利职业学院，辽宁 沈阳 110122；2.华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

车用空气净化系统解析

赵南1，田钧2

（1.辽宁水利职业学院，辽宁 沈阳 110122；2.华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

文章以车载类空气净化系统为研究对象。采用效果由低到高逐级递进的论述方式，分析各类净化技术的工作原理及结构。对应用最为广泛的不织布过滤，活性炭吸附，静电加注、负离子等技术的工作原理进行了逐一说明。最后，融合上述技术的特点，提出了一个功能全面、技术先进的车载空气净化系统设计方案，并给出了内部结构示意图及3D数据爆炸图。

空气净化；活性炭；负离子

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.040

CLC NO.: U461.99 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-118-03

引言

汽车进入千家万户，伴随而来的是对车内空气质量的担忧。即使在高端进口车型都不可避免的存在或多或少的车内空气污染问题。在短期内无法改变车内污染源的前提下，如何将对人体产生的危害减弱甚至消除已经迫在眉睫。现在市场上已经存在很多类型的空气净化产品，本文将对他们一一进行分类并深入的进行分析。研究的内容即包括传统的初级不织布过滤，活性炭静电技术，也包含更加先进的负离子吸附技术，阐述工作原理、结构分析是本文的重点。力图全面地解析空气净化技术在汽车领域的应用。

1、车内污染的分类

在分析空气净化系统相关内容之前，需要首先了解一下车内有害空气的来源及分类。

图1 雾霾天气

1.1 车内三大污染源—PM2.5 TVOC 细菌

表1 车内污染源

TVOC—总挥发性有机化合物的简称。

2、空气净化系统分类

图2 多元素分层过滤示意图

2.1 初级过滤

在所有的空气过滤系统中，都包含对细小的颗粒的过滤，通常都发生在过滤的第一道工序上。使用的过滤材料基本都以无纺布（Non WovenFabri）成分做为主体，由定向的或随机的纤维而构成，是新一代环保材料，具备防潮、透气、柔韧、质轻、不助燃、容易分解、无毒无刺激性、可循环再利用等特点。如多采用聚丙烯（pp材质）粒料为原料，经高温熔融、喷丝、铺纲、热压卷取连续一步法生产而成。因具有布的外观和某些性能而称其为布。大家广泛了解的PM2.5通常指的是直径在2.5微米左右的颗粒，大部分无纺布都可以阻挡此直径颗粒的进入。但仅仅过滤这种直径的颗粒是远远不够的，因为越细小直径的颗粒越容易被人体吸入，也越不容易排出体外。因此，通常情况下要求第一道物理过滤的颗粒的直径范围在0.3-10微米之间。当然越细小直径的颗粒过滤越困难，对过滤材料的要求也越高，为提升过滤网的容尘量及吸附的效率，许多类似的产品又额外加注了静电功能。

2.2 静电积尘技术

在充注静电的装置中，极板式静电积尘装置是更高效的一种，利用高压产生密集的离子区，气流所携带的粉尘、细菌等被有效的离子化，在其后设置极板式的静电积尘区，将离子化的粒子吸附在极板上，实现高效的积尘杀菌的作用。

图4 静电积尘装置示意图

加注静电后的多纤维、多孔过滤网会更加充分的将颗粒吸附于网体的各个部位，而不仅仅吸附于滤网的表面，这样就大大增加了单位体积内的吸附颗粒的数量（重量），进而提升其使用寿命及耐久性。

图5 静电性能对比示意图

2.3 活性炭吸附技术

简单的过滤颗粒杂质远远无法满足对健康的需求，各类有害的异味气体也会令人无法忍受。因此具备过滤、除味的双效功能的过滤装置孕育而生。所谓的双效的过滤网是指在不织布过滤网的基础上添加活性炭等吸附材料，进而在过滤空气中杂质颗粒的同时，起到去除异味的作用。所谓“活性炭”就是普通木炭及焦炭通过“活化”得到的。活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔，其绝大部分微孔的孔径在50nm—5000nm之间，一般每克活性炭中微孔的总内表面积可达700m2以上。活性炭表面的多孔结构及其善于吸附的活性特征，可选择性的吸附有害气体、臭味、粒子等。

这里需要说明的是活性炭去异味不仅仅是一种特性吸附的物理过程，同样也伴随着一定的化学吸附。

图6 活性炭吸附机理示意图

双效吸附的功能是随使用时间及外界环境的恶劣程度而衰减变弱的，下图是在实验室中进行的一个标准吸收效率递减图：以吸收正丁烷、二氧化硫、甲苯气体为例，随着容尘量的增加，过滤网的通风效率会越来越弱，很大程度上影响使用的效果。

图7 吸收效率递减示意图

2.4 负离子技术

负离子是现阶段广泛使用的较先进的空气净化技术。应用于对空气纯净度要求较高的各种场所，包括医院、食品加工等领域。

负离子可以吸附空气中带正电的悬浮微粒和空气中过多的正离子，如灰尘、烟雾、废气等，中和后使其成为不带电的尘埃落地，从而起到净化空气的作用。人们常说的多吸收负氧离子对身体有益也是指这个原理。负离子的产生可以通过整合脉冲式电流技术和负离子发生技术，以电晕放电方式稳定释放产生。每秒释放大于300万个负离子即可达到很好的效果。

3、独立式过滤系统

图8 独立式多重过滤器外型图

多重式过滤装置是指融合了前面所提到的所有过滤技术，将他们按一定的过滤顺序同时装配在一个设备中。在工作过程中使污染空气依次通过各层过滤，达到最佳的净化效果。下图为一款概念中的独立式车载过滤系统的示意图，以光触媒技术作为终极过滤手段。

图9 内部结构爆炸图

4、结论

1）可以认定多重空气净化系统必将取代现有的单一过滤功能的净化产品。

2）负离子过滤都具备一定的特点及优势，具体如何选择，还待大家进一步的深入研究。

3）本文权且作为抛砖引玉之用，希望对广大读者有所帮助、借鉴。受本人能力所限，文中难免出现叙述不当之处，还望大家不吝赐教，万分感谢。最后，感谢美国3M公司及MAXMAC公司提供相关资料，在此一并鸣谢。

[1] A_SVC Portable Air Purifier Introduction_Ver2.0 _V2.0.

[2] AMKE空气净化技术及其应用.

[3] UV LED技术论述.

[4] VAPs Introduction-Draft Version-3M.

Automotive air purification system analysis

Zhao Nan, Tian Jun
(1. Liaoning water conservancy Career Academy, Liaoning Shenyang 110122; 2.Brilliance Auto R&D Center, Liaoning Shenyang 110141)

The vehicle-mounted air cleaning system is researched. The discuss manner that based on the purification effectiveness from low to high is adopted, the work principle and structure of several purification techniques are analyzed. With the most widely used purification techniques as research object, include non-woven fabric filtration, activated carbon adsorption and static fill techniques, the work principle and processing technic are illustrated one by one. In the same time when the more advanced filtration techniques, anion are analyzed, the more detailed experimental measurement is done and differences between dedusting and sterilization of the two techniques above are contrasted too. Finally, adopt all above technique feature, a overall function and advanced technique vehicle-mounted air cleaning system design structure is proposed, in the same time, the inner structure and 3D data explosive view are provided too.

Air purification; activated carbon; anion

U461.99

A

1671-7988 (2016)12-118-03

赵南，工学硕士，讲师，就职于辽宁水利职业学院，信息与电气化系，研究方向：自动控制、检测技术工程应用。

田钧，工学学士，就职于华晨汽车工程研究院电气部空调组。研究方向：整车空调系统匹配、设计、实验。