一种内嵌在铝木复合门窗中的微型空气净化器

2019-06-15

探索科学(学术版) 2019年12期

山东科技大学山东泰安 271099

一、研发背景

在60年代至70年代，人们仅关心室内的温湿度和风速因素。今天，空气质量则成为主要的考虑因素。国民健康意识被不断唤醒，居民消费水平提高。科技在不断的进步，空气净化器在形态技术和使用方式上也有了巨大的变化。随着空气质量的日益恶化，空气净化器和新风系统在家庭应用中越来越普及。普通空气净化器的原理是将室内的空气循环净化，需要将门窗密闭才能取得较好的净化效果。但是这种工作模式下长时间净化会导致室内含氧量降低，同样会一定程度影响人们身体健康。当人们定期换气，需要频繁打开窗户，此时雾霾进入室内，空气净化器又需要工作一段时间才能将空气净化，净化效率低，十分不方便使用。随着日益变化的空气质量，单一的净化方式不能完全净化空气，在净化技术上，需要寻找新的技术，在供能上考虑新能源，使其能够更加节能。

空气净化器开发，国内外都有研究，并已开发出很多相关的产品。全球各大公司结合亚洲市场需求流通的特点，加大在我国及周边地区生产的比例。国外空气净化器产品的发展经历了从最初出现的空气加湿器到滤网式空气净化器，然后增加了静电除尘、负离子发生器有灭菌功能的复合式。同时，我国空气净化器企业以及家电企业相继推出的净化器新品，也成为行业中的主要力量。现存的一种室外空气净化器，基本达到不开窗户吸入新鲜换气的目的，大大方便人们使用。但这种空气净化器在使用时存在不足之处，一是其仅仅对室内空气进行净化，并未对排出室外的空气进行净化，导致无法达到整体净化的目的；二是过滤芯不便于清理，使用一段时间后净化效果下降；三是不适合安装在窗体上，需要额外开洞，影响墙体结构和美观。

我国室内环保产业发展十余年来，经历奥运会和世博会等全球重大活动的检验，基本形成了以空气净化器、新风机、净化材料、净化治理的产业链发展体系。"十一五"期间全国空气净化器和室内环纳环保产业平均利润率达到28%，空气净化器销售额年均增速居住的品质要求越来越高。

二、产品介绍

我们团队研发的新型铝木门窗空气净化器，是一种可以内嵌在铝木复合门窗中的微型空气净化器。本新型铝木复合门窗空气净化器的目的在于克服现有技术中存在的净化效率低、难以清洁等问题，达到无须额外在墙体开洞即可吸入新鲜换气的效果。室外空气净化器通过一吸一排，室内外的空气通过空气入口进入空气进化模块，经三通管进入活性炭过滤芯，进行污物的吸附与净化，净化后的空气通过模块上方的出口放入室内，实现室外空气通过净化成新鲜空气吸入室内，在室内的循环流动，达到不开窗户吸入新鲜换气的目的，起到了空气净化的效果，大大方便人们使用。

这种新型铝木复合门窗与传统的墙壁式空气净化器相比，具有免开洞，能耗低，价格实惠，净化效果好。空气净化模块可拆卸清理，便于定期更换过滤芯和蓄电池，使用方便。因其便于拆卸清理的优点，非常适合于中低收入家庭使用。

三、产品主要功能

1.空气净化模块采用嵌入式方式设置在铝木复合门窗，无需额外在墙体开洞，达到不开窗户吸入新鲜换气；

2.新型铝木复合门窗中的空气净化器通过一吸一排，利用活性炭及其他净化材料完成室内与室外空气的流通，实现室外空气通过净化成新鲜空气吸入室内，在室内的循环流动，达到不开窗户吸入新鲜换气的目的，整体净化效果较好，大大方便人们使用；

3.该空气净化器在不会降低室内含氧量的基础上，进行持续换气工作，解决了因含氧量降低而对人体产生伤害的情况。

四、产品创新点及特色

1.本实用新型结构设计新颖，空气净化模块采用嵌入式方式设置在铝木复合门窗，不需要在墙体上开洞；

2.本空气净化器利用活性炭及其他净化材料进行净化，不仅对室内空气起净化作用，对排出室外的空气也进行净化，达到整体净化的目的，保护环境；

3.空气净化器体型小巧，节省了占地空间。

4.空气净化模块中的分离块可拆卸清理，便于定期更换过滤芯和蓄电池，使用方便。

5.本产品可以解决老式空气净化器因只能使用在封闭空间内，导致空气含氧量降低而对人体造成伤害的问题，同时也解决了定期换气时打开窗户，雾霾进入室内空气净化器又需要工作一段时间才能将空气净化，净化效率低，十分不方便的问题。

五、产品结构设计

5.1 结构组成新型铝木复合门窗中的空气净化器，由对开式的铝木复合门窗，空气净化模块组成。其结构示意图如图1-1所示。

图1-1 铝木复合门窗中的空气净化模块的结构示意图

下面将结合图1-1，对本产品中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本产品为一种安装在铝木复合门窗中的空气净化器，包括对开式的铝木复合门窗1，铝木复合门窗1靠近合页的框板2中嵌入有空气净化模块3。

空气净化模块3的底部设置有三通管301，三通管301的三个端部分别设有室内空气入口302、室外空气入口303和引风扇304，引风扇304的上方设置第一连接直管305、分离块306、第二连接直管310、弧形管311，弧形管311的外端设有净化空气出口312。

分离块306中装设有连通管307，当分离块306与空气净化模块3卡合固定后，连通管307的两端分别与第一连接直管305、第二连接直管310相接通，连通管307的内部设有若干交错分布的过滤芯308。过滤芯308为活性炭滤芯，外壳为镂空板，内部的活性炭颗粒用网体围住并限制在镂空板内。

分离块306位于连通管301的外部靠近室内设有蓄电池309，当分离块306与空气净化模块3卡合固定后，蓄电池309与引风扇304电性连接。蓄电池309与引风扇304之间设有电池开关，电池开关的按钮设置在分离块306的室内侧面上。引风扇304的电极柱端设置在卡槽侧壁上，蓄电池309的供电线缆上接有电池开关，其作为输出端的电极柱端也设置在分离块306的侧壁上，通过电极柱端之间的压接实现电性连接，具体压接时可设置簧片结构来弹性压接。

分离块306的两端通过固定螺钉314与空气净化模块3卡合固定，分离块306的顶部向下开设有定位槽313。

连通管307通过卡接或螺接方式固定在分离块306中。连通管307中的过滤芯308相互之间形成折流通道，设置折流通道为了降低风阻，实现正常的通风净化。

5.2 工作原理空气净化模块的底部设置有三通管，其三个端部分别设有室内空气入口、室外空气入口和引风扇，引风扇的上方设置第一连接直管、分离块、第二连接直管、弧形管，弧形管的外端设有净化空气出口；分离块中装设有连通管，当分离块与空气净化模块卡合固定后，连通管的两端分别与第一连接直管、第二连接直管相接通，连通管的内部设有若干交错分布的过滤芯；分离块位于连通管的外部靠近室内设有蓄电池，当分离块与空气净化模块卡合固定后，蓄电池与引风扇电性连接，分离块的两端通过固定螺钉与空气净化模块卡合固定，分离块的顶部向下开设有定位槽。连通管通过卡接或螺接方式固定在分离块中。连通管中的过滤芯相互之间形成折流通道。过滤芯为活性炭滤芯，外壳为镂空板，内部的活性炭颗粒用网体围住并限制在镂空板内。蓄电池与引风扇之间设有电池开关，电池开关的按钮设置在分离块的室内侧面上。

室内外的空气通过空气入口进入空气进化模块，经三通管进入活性炭过滤芯，进行污物的吸附与净化，净化后的空气通过模块上方的出口放入室内，起到了空气净化的效果。

六、产品组成部件的选择

6.1 三通管件三通又称管件三通或者三通管件，三通接头等。主要用于改变流体及气体方向，用在主管道要分支管处。可以按管径大小分类。金属材质三通管具有主管和在主管一侧垂直于主管并与主管连通设置的支管，在主管出口方向与支管出口方向交汇拐角处设置阀门，阀门上设置圆形阀片，阀片在管腔关闭状态为与管腔内壁相互密封的结构。本设计简化了管路设置，节约了管路零部件用量，方便了操作，便于管路分路检修及各支路分阶段供应。本设计除具有传统三通管的作用外，同时起到双工位阀门的作用，即主管与支管输出可任意选取之一为闭合、另一为畅通的工作状态。这样的设计保证了只对室内或室外空气或同时对室内外空气净化的目的，实现了功能模块的分区。

6.2 引风扇及蓄电池分离块位于连通管的外部靠近室内设有蓄电池，当分离块与空气净化模块卡合固定后，蓄电池与引风扇电性连接。蓄电池与引风扇之间设有电池开关，电池开关的按钮设置在分离块的室内侧面上。引风扇的电极柱端设置在卡槽侧壁上，蓄电池的供电线缆上接有电池开关，其作为输出端的电极柱端也设置在分离块的侧壁上，通过电极柱端之间的压接实现电性连接，具体压接时可设置簧片结构来、弹性压接。使用此类材料时，电池能够比常用的石墨阳极电池多存储3倍的能量。金属阳极是相对容易制造的无机化合物，但是在电池充电/放电的过程中，其具有磨损快和体积变化大的缺点。

6.3 过滤芯连通管的内部设有若干交错分布的过滤芯。过滤芯为活性炭滤芯，外壳为镂空板，内部的活性炭颗粒用网体围住并限制在镂空板内。空气净化活性碳是一种国际公认的高效吸附材料。活性碳是一种多孔的含碳物质，其发达的空隙结构使它具有很大的表面积，所以很容易与空气中的有毒有害气体充分接触，活性碳孔周围强大的吸附力场会立即将有毒气体分子吸入孔内，所以活性碳具有极强的吸附能力也是去除气态污染物的主要技术。活性炭吸附技术主要分为两类：物理吸附和化学吸附。