CN108413482A - 一种超声波空气清洗机及其清洗空气的方法 - Google Patents

一种超声波空气清洗机及其清洗空气的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于空气净化设备技术领域，具体涉及一种超声波空气清洗机及其清洗空气的方法，包括空气过滤器、气泵、分配器、进气管、气泡盘、水箱、超声波发生器、水位传感器、PM2.5传感器和微控制器，所述PM2.5传感器安装在气过滤器进气口处，该空气过滤器设置在所述气泵的进气口处，该气泵的排气口通过气体管道与分配器连接，该分配器通过进气管从水箱的一侧的上端面伸入且与设置在水箱内底部的气泡盘连接，所述超声波发生器安装在水箱的侧面，所述水位传感器安装在水箱的水中，所述超声波发生器、水位传感器、PM2.5传感器分别与设置在水箱外的微控制器电气连接。本发明能够有效的清除室内空气中的PM2.5颗粒，消除有毒物质、重金属、微生物的载体。

Description

一种超声波空气清洗机及其清洗空气的方法
技术领域
本发明属于空气净化设备技术领域，具体涉及一种超声波空气清洗机及其清洗空气的方法。
背景技术
雾霾，是雾和霾的组合词。雾霾常见于城市。中国不少地区将雾并入霾一起作为灾害性天气现象进行预警预报，统称为“雾霾天气”。2014年1月4日，国家首次将雾霾天气纳入2013年自然灾情进行通报。雾霾成为空气污染的新特征，PM2.5是引起污染空气的最主要元凶，PM2.5指空气中直径≤2.5μm的悬浮状固态颗粒，PM2.5颗粒直径小、不易自然沉降、活性强，易附带有毒、有害物质(例如，重金属、微生物等)，能穿透细胞，进入血液，易在肺内沉积，可引起体内广泛的炎性反应，导致机体氧化失衡，损害呼吸、心脑血管、血液等多个***。
室外大气污染的治理极为复杂，而室内空气的净化相对简单，主要依靠空气净化器来实现。目前，市场中空气净化器种类繁多，但大多数以去除可吸入颗粒物为主要功能的空气净化器是针对去除PM10设计的，对PM2.5没有针对性，对PM2.5的消除效果不够理想。目前空气中颗粒物去除技术主要有机械过滤、吸附、静电除尘、负离子和等离子体法等。机械过滤一般主要通过以下3种方式捕获微粒：直接拦截，惯性碰撞，布朗扩散机理，其对细小颗粒物收集效果好但风阻大，为了获得高的净化效率，滤芯需要致密并定期更换。吸附是利用材料的大表面积及多孔结构捕获颗粒污染物，很容易堵塞，用于气体污染物去除效果更显著；静电除尘是利用高压静电场使气体电离从而使尘粒带电吸附到电极上的除尘方法，其风阻虽小但对较大颗粒和纤维捕集效果差，会引起放电，且清洗麻烦费时，易产生臭氧，形成二次污染。负离子和等离子体法去除室内颗粒污染物的工作原理类似，都是通过使空气中的颗粒物带电，聚结形成较大颗粒而沉降，但颗粒物实际上并未移除，只是附着于附近的表面上，易导致再次扬尘。
空气湿度影响着人们的健康，科学研究表明，人生活在相对湿度为45～65％RH，湿度指数为50～60的环境中最感舒适，也不容易引发呼吸***的疾病。而我国北方冬季供暖期的室内湿度通常为15％RH。在这干燥的环境下，人们普遍感到种种不适。当空气湿度低于40％RH的时候，人鼻部和肺部呼吸道黏膜上的纤毛运动减缓，灰尘、细菌等容易附着在黏膜上，刺激喉部引发口渴、干咳、声哑、喉痛等症状，也使流感病毒和能引发感染的革兰氏阳性菌的繁殖速度加快，也容易随着空气中的灰尘扩散，引发其他疾病。
在我国北方地区，春季、秋季和冬季空气湿度小，雾霾的发生频率较高，夏季空气湿度较大，雾霾的发生频率较高。为此，急需研究一种能能有效的清除室内空气中的PM2.5颗粒，消除有毒物质、重金属、微生物的载体，并具有加湿功能，为人们创造一个不受雾霾困扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波空气清洗机及其清洗空气的方法，根据本发明的超声波空气清洗机能够有效的清除室内空气中的PM2.5颗粒，消除有毒物质、重金属、微生物的载体，为了实现上述目的，本发明采用以下技术效果：
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种超声波空气清洗机，其特征在于：包括空气过滤器，、气泵、分配器、进气管、气泡盘、水箱、超声波发生器、水位传感器、PM2.5传感器和微控制器，所述PM2.5传感器安装在空气过滤器进气口处，该空气过滤器设置在所述气泵的进气口处，该气泵的排气口通过气体管道与分配器连接，该分配器通过进气管从水箱的一侧的上端面伸入且与设置在水箱内底部的气泡盘连接，所述超声波发生器安装在水箱的侧面，所述水位传感器安装在水箱的水中，所述超声波发生器、水位传感器、PM2.5传感器分别与设置在水箱外的微控制器电气连接。
优选的，所述气泡盘的数量不少于8个，该泡盘采用高密度细化纳米气泡盘，该高密度细化纳米气泡盘的孔径为40nm～50nm。
优选的，所述超声波发生器安装在进气管伸入水箱的相对侧面，该超声波发生器采用ZCX-RM6D48F超声波发生器，输出频率为1MHz的超声波，功率为145W，工作电压为36V～48V直流。
优选的，所述气泵的排气量不低于60L/min，功率不高于50W，噪音小于40dB；所述分配器至少为8路分配输出的分配器。
优选的，所述PM2.5传感器采用SDS011型激光PM2.5传感器模块，微控制器采用SMT32F103型32位ARM微控制器。
优选的，所述进气管从水箱的一侧的上端面伸入水箱的水面时，在水箱的上沿处形成反水湾道，从而避免了向气泵反水。
优选的，所述进气管采用柔韧硅胶管，该柔韧硅胶管的内径为3mm～8mm。
优选的，所述空气过滤器的滤芯采用纤维过滤网。空气过滤器主要用于过滤5μm以上尘埃粒子，空气过滤器采用一次性纸框过滤器，其外框分为一般硬纸框或高强度模切硬纸板，滤芯为打褶的纤维过滤网。过滤材料是以折叠形式装入高强度模切硬纸板内，迎风面积增大。流入的空气中的尘埃粒子被过滤网有效阻挡在褶与褶之间，洁净空气从另一面均匀流出，因此气流通过过滤器是平缓和均匀的。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种超声波空气清洗机清洗空气的方法，包括如下步骤：
步骤1：将气泡盘、超声波发生器、水位传感器放入水箱中，然后将水放入水箱中并在水中加入消毒剂，启动微控制器使气泵、超声波发生器、水位传感器、PM2.5传感器进入工作状态，气泵将空气过滤器过滤的空气被压入分配器；
步骤2：分配器通过多根进气管将气泵压入的空气输送至设置在水箱底部的多个气泡盘中以形成超细密的气泡，同时向水箱中加入食盐参与净化，其中，每个进气管进入对应的气泡盘中的空气流量为150L/min～180L/min；
步骤3：微控制器通过水位传感器检测水箱的水位，微控制器通过PM2.5传感器检测进入空气过滤器入口空气PM2.5值，当水位下降到预置值时，水位传感器向微控制器发出信号，微控制器向用户提出加水提示信号，并停止气泵和超声波发生器的运行；当进入空气过滤器入口的空气的PM2.5值小于设置值时，微控制器关闭气泵和超声波发生器，停止净化；
步骤4：微控制器对PM2.5雾霾颗粒数据进行计算处理，当获得值达到预置值时，微控制器向用户发出换气启动提示；
步骤5：增加经过气泡盘的空气流量，使空气流经气泡盘的压强增加而形成超细密气泡，以加快超级细密气泡从水箱的底部向水面上升速度，且将超声波发生器在36V～48V的工作电压下产生1MHz～5MHz的超声波频率，使超细密气泡中的PM2.5雾霾颗粒产生静电式反应，达到能清新空气的目的。
优选的，所述步骤5中以5L/min～20L/min增加经过气泡盘的空气流量，并保持5min～15min的时间进行增加气流，使空气流经气泡盘的压强增加而形成超细密气泡
本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
(1)、本发明利用物理方法进行空气清洗，洗后的空气不会有任何残留的化学物质，不会影响人体健康，并利用超声波的空化效应来提高清洗效果。
(2)、本发明清洗用水是非循环水，避免浪费，而且成本低廉，不会对环境造成二次污染。本发明对净化的空气具有加湿及添加负离子的功能，***成本及运行成本低、适合范围广、使用方便。
附图说明
图1是本发明一种超声波空气清洗机的结构原理图；
附图中，1-空气过滤器，2-气泵，3-分配器，4-进气管，5-气泡盘，6-水箱，7-超声波发生器，8-水位传感器，9-PM2.5传感器，10-微控制器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
如图1所示，根据本发明的一种超声波空气清洗机，包括空气过滤器1、气泵2、分配器3、进气管4、气泡盘5、水箱6、超声波发生器7、水位传感器8、PM2.5传感器9和微控制器10，所述PM2.5传感器9安装在空气过滤器1进气口处，所述空气过滤器1的滤芯采用纤维过滤网，它将对进入的空气进行初步过滤，以免影响气泵2的使用寿命，该空气过滤器1设置在所述气泵2的进气口处，所述气泵2的排气量不低于60L/min，功率不高于50W，噪音小于40dB，该气泵2的排气口通过气体管道与分配器3连接，气泵2采用ACO30型超静音大功率气泵，气泵2将进气压力提升到0.035Mpa，该分配器3通过进气管4从水箱6的一侧的上端面伸入且与设置在水箱6内底部的气泡盘5连接，所述分配器3至少为8路分配输出的分配器，分配器3将气泵2送来的气流分为8路输出端，在分配器3上设有阀门(未图示)，用于关闭没有使用的输出端。所述进气管4从水箱6的一侧的上端面伸入水箱6的水面时，在水箱6的上沿处形成反水湾道，从而避免了向气泵2反水，所述进气管4采用柔韧硅胶管，具有柔韧性好，无异味，使用寿命长等特点，该柔韧硅胶管的内径为3mm～8mm，所述超声波发生器7安装在水箱6的侧面，所述水位传感器8安装在水箱的水中，所述超声波发生器7、水位传感器8、PM2.5传感器9分别与设置在水箱6外的微控制器10电气连接。在本发明中，所述水箱6由食品级塑料、铝合金或不锈钢制成，这种材料不但不会对空气造成二次污染，也会起到降低噪声的作用。水箱6向上开口且与大气直接相通，水箱6还可设置盖子进行密封水箱，所述超声波发生器7安装在进气管4伸入水箱6的相对侧面，该超声波发生器7采用ZCX-RM6D48F超声波发生器，输出频率为1MHz的超声波，功率为145W，工作电压为36V～48V直流，所述超声波发生器7的驱动电路板和压电晶体的背面一起封装在不锈钢外壳内，使用时放在水中，可以有效地散热，提高了***的可靠性和使用寿命，降低了制造成本，由于频率1MHz的超声波在空气中急剧衰减，传播距离只有几厘米，因而不会对环境造成新的污染。
在本发明中，如图1所示，所述水位传感器8安装在水箱6水中，当水位下降到预置值时，水位传感器8向微控制器10发出信号，微控制器10向用户提出加水提示信号，并停止气泵2和超声波发生器7的运行，所述PM2.5传感器9采用SDS011型激光PM2.5传感器模块，PM2.5传感器9安装在进气口处，该PM2.5传感器模块具有一致性好，精度高(可以精确到个位数)等优势，使用非常简单。所述微控制器10负责整个***的控制任务，由于微控制器10与PM2.5传感器9和水位传感器8连接，当入口气体的PM2.5小于设置值时，微控制器10关闭气泵2和超声波发生器7，停止净化，当水位低于设置值时，微控制器10关闭气泵2和超声波发生器7，并向用户提出加水提示信号。此外，微控制器10对PM2.5数据进行积分计算处理，当积分值达到预置值时，微控制器10向用户发出换水提示。本发明中，所述微控制器10采用SMT32F103型32位ARM微控制器，其内核是Cortex-M3，最高工作频率可达72MHz，特别适合于空气净化、暖气通风、空调***等方面的应用。
结合图1，本发明还提供了一种超声波空气清洗机清洗空气的方法，包括如下步骤：
步骤1：将气泡盘5、超声波发生器7、水位传感器8放入水箱6中，然后将水放入水箱6中并在水中加入消毒剂，启动微控制器10使气泵2、超声波发生器7、水位传感器8、PM2.5传感器9进入工作状态，气泵2将空气过滤器1过滤的空气被压入分配器3；
步骤2：分配器3通过多根进气管4将气泵2压入的空气输送至设置在水箱6底部的多个气泡盘5中以形成超细密的气泡，同时向水箱6中加入食盐参与净化，其中，每个进气管4进入对应的气泡盘5中的空气流量为150L/min～180L/min；
步骤3：微控制器10通过水位传感器8检测水箱6的水位，微控制器10通过PM2.5传感器9检测进入空气过滤器1入口空气PM2.5值，当水位下降到预置值时，水位传感器8向微控制器10发出信号，微控制器10向用户提出加水提示信号，并停止气泵2和超声波发生器7的运行；当进入空气过滤器1入口的空气的PM2.5值小于设置值时，微控制器10关闭气泵2和超声波发生器7，停止净化；
步骤4：微控制器10对PM2.5雾霾颗粒数据进行计算处理，当获得值达到预置值时，微控制器10向用户发出换气启动提示；微控制器10对PM2.5传感器9输出的PM2.5雾霾颗粒数据进行量化计算处理，并输出对应的PM2.5值。
步骤5：以5L/min～20L/min增加经过气泡盘5的空气流量，并保持5min～15min的时间进行增加气流，使空气流经气泡盘5的压强增加而形成超细密气泡，以加快超级细密气泡从水箱6的底部向水面上升速度，且将超声波发生器7在36V～48V的工作电压下产生1MHz～5MHz的超声波频率，使超细密气泡中的PM2.5雾霾颗粒产生静电式反应，达到能清新空气的目的；
在本发明中，用于将进气管4中的空气形成气泡，空气经过气泡盘5后形成超细密的气泡，大大增加了空气与水的接触面积，同时，可以向水中加入少量的食用盐(每100L水中加入9克食盐)，来提高净化效果，增加水的渗透能力，并起到对空气进行消毒的作用。当气泡通过浮力的作用从水箱6的底部向水面上升，在气泡上升期间，由于气泡的声阻抗和水的声阻抗相差较大，超声波在气泡与水的界面处发生空化作用，加剧了气泡中雾霾颗粒的布朗运动，提高水对雾霾颗粒的扑捉效果。此外，空化作用将液态水分子结构打散而产生直径为1～5μm的超微水雾颗粒和负氧离子，其与气泡中雾霾颗粒产生静电式反应，使其沉淀在水中。多余的水雾颗粒和负氧离子并随着气泡扩散到空气中，使空气湿润并伴生丰富的负氧离子，达到均匀加湿，能清新空气，增进健康，一改冬季暖气的燥热，营造舒适的生活环境，气泡离开水面后，已经净化完毕，直接排入室内，清洗用水可以采用纯净水或自来水。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本使用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声波空气清洗机，其特征在于：包括空气过滤器，、气泵、分配器、进气管、气泡盘、水箱、超声波发生器、水位传感器、PM2.5传感器和微控制器，所述PM2.5传感器安装在空气过滤器进气口处，该空气过滤器设置在所述气泵的进气口处，该气泵的排气口通过气体管道与分配器连接，该分配器通过进气管从水箱的一侧的上端面伸入且与设置在水箱内底部的气泡盘连接，所述超声波发生器安装在水箱的侧面，所述水位传感器安装在水箱的水中，所述超声波发生器、水位传感器、PM2.5传感器分别与设置在水箱外的微控制器电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种超声波空气清洗机，其特征在于：所述气泡盘的数量不少于8个，该泡盘采用高密度细化纳米气泡盘，该高密度细化纳米气泡盘的孔径为40nm～50nm。
3.根据权利要求1所述的一种超声波空气清洗机，其特征在于：所述超声波发生器安装在进气管伸入水箱的相对侧面，该超声波发生器采用ZCX-RM6D48F超声波发生器，输出频率为1MHz的超声波，功率为145W，工作电压为36V～48V直流。
4.根据权利要求1所述的一种超声波空气清洗机，其特征在于：所述气泵的排气量不低于60L/min，功率不高于50W，噪音小于40dB；所述分配器至少为8路分配输出的分配器。
5.根据权利要求1所述的一种超声波空气清洗机，其特征在于：所述PM2.5传感器采用SDS011型激光PM2.5传感器模块，微控制器采用SMT32F103型32位ARM微控制器。
6.根据权利要求1所述的一种超声波空气清洗机，其特征在于：所述进气管从水箱的一侧的上端面伸入水箱的水面时，在水箱的上沿处形成反水湾道，从而避免了向气泵反水。
7.根据权利要求7所述的一种超声波空气清洗机，其特征在于：所述进气管采用柔韧硅胶管，该柔韧硅胶管的内径为3mm～8mm。
8.根据权利要求1所述的一种超声波空气清洗机，其特征在于：所述空气过滤器的滤芯采用纤维过滤网。
9.一种利用权利要求1至8所述的任一所述的超声波空气清洗机清洗空气的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：将气泡盘、超声波发生器、水位传感器放入水箱中，然后将水放入水箱中并在水中加入消毒剂，启动微控制器使气泵、超声波发生器、水位传感器、PM2.5传感器进入工作状态，气泵将空气过滤器过滤的空气被压入分配器；
步骤2：分配器通过多根进气管将气泵压入的空气输送至设置在水箱底部的多个气泡盘中以形成超细密的气泡，同时向水箱中加入食盐参与净化，其中，每个进气管进入对应的气泡盘中的空气流量为150L/min～180L/min；
步骤3：微控制器通过水位传感器检测水箱的水位，微控制器通过PM2.5传感器检测进入空气过滤器入口空气PM2.5值，当水位下降到预置值时，水位传感器向微控制器发出信号，微控制器向用户提出加水提示信号，并停止气泵和超声波发生器的运行；当进入空气过滤器入口的空气的PM2.5值小于设置值时，微控制器关闭气泵和超声波发生器，停止净化；
步骤4：微控制器对PM2.5雾霾颗粒数据进行计算处理，当获得值达到预置值时，微控制器向用户发出换气启动提示；
步骤5：增加经过气泡盘的空气流量，使空气流经气泡盘的压强增加而形成超细密气泡，以加快超级细密气泡从水箱的底部向水面上升速度，且将超声波发生器在36V～48V的工作电压下产生1MHz～5MHz的超声波频率，使超细密气泡中的PM2.5雾霾颗粒产生静电式反应，达到能清新空气的目的。
10.根据权利要求9所述的一种超声波空气清洗机清洗空气的方法，其特征在于：所述步骤5中以5L/min～20L/min增加经过气泡盘的空气流量，并保持5min～15min的时间进行增加气流，使空气流经气泡盘的压强增加而形成超细密气泡。
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