專利名稱：室內(nèi)空氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空氣凈化技術(shù)，特別涉及一種利用中空纖維來(lái)凈化室內(nèi)空氣的技術(shù)與裝置。
背景技術(shù)：
良好的室內(nèi)空氣環(huán)境對(duì)人體健康至關(guān)重要。上世紀(jì)七十年代能源危機(jī)和建筑及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致建筑密閉性提高、運(yùn)行能耗下降、建筑內(nèi)新風(fēng)量減少；另一方面，新型建筑裝飾材料大量應(yīng)用，其中一些排放有害氣體。因此長(zhǎng)期生活和工作在現(xiàn)代建筑中的人們常表現(xiàn)出一系列病態(tài)反應(yīng)頭痛、困倦、惡心和流鼻涕等，被稱為“病態(tài)建筑綜合癥”。據(jù)報(bào)道，美國(guó)每年因室內(nèi)空氣品質(zhì)低劣造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)400億美元以上，全世界每年有2400萬(wàn)人的死亡與室內(nèi)污染有關(guān)；近年來(lái)我國(guó)每年由室內(nèi)空氣污染引起的死亡人數(shù)達(dá)11萬(wàn)之多，每年因室內(nèi)環(huán)境污染危害健康導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失約千億人民幣，因此，室內(nèi)空氣品質(zhì)改善和控制成為許多國(guó)家政府、研究人員和百姓普遍關(guān)注的問(wèn)題。
造成室內(nèi)空氣品質(zhì)低劣的主要原因是室內(nèi)建材、家具及裝修過(guò)程中使用的粘結(jié)劑、涂料和油漆等釋放大量的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)。VOCs是一類低沸點(diǎn)的有機(jī)化合物的總稱，通常將所有室內(nèi)有機(jī)氣態(tài)物質(zhì)稱為VOCs。它們對(duì)人的呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生明顯的不良影響，甚至還會(huì)致癌。因此，室內(nèi)VOCs濃度過(guò)高是造成室內(nèi)空氣品質(zhì)低劣，從而引發(fā)病態(tài)建筑綜合癥的主要原因。因此如何消除室內(nèi)空氣中的VOCs是實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣品質(zhì)控制的關(guān)鍵。
空氣凈化器是從空氣中分離和去除一種或多種污染物的設(shè)備。使用空氣凈化器，是改善室內(nèi)空氣質(zhì)量、創(chuàng)造健康舒適的室內(nèi)環(huán)境十分有效的方法。目前的空氣凈化方法，主要有物理吸附法、化學(xué)處理法、離子化法和光催化法。這些凈化技術(shù)之中，只有物理吸附法技術(shù)比較成熟，其它幾種方法尚處于機(jī)理性的基礎(chǔ)研究階段，目前實(shí)用化方面還存在不少障礙。
物理吸附法的原理是當(dāng)含有VOCs的氣流流過(guò)多孔固體吸附劑時(shí)，由于吸附劑與VOCs之間的分子間范德華作用力，VOCs分子被吸附到固體吸附劑的微孔中，從而將空氣中的VOCs脫除。它的優(yōu)點(diǎn)是吸附速度快、污染物濃度高、低的場(chǎng)合均可適用，原理和技術(shù)也比較成熟。但是，吸附劑飽和后需要再生，這需要消耗額外的熱量，使用時(shí)將帶來(lái)能源的巨大浪費(fèi)。另外，吸附劑的頻繁吸附/再生也會(huì)使吸附劑存在劣化的可能，帶來(lái)凈化能力的衰減。
申請(qǐng)?zhí)?00510077239.X的中國(guó)發(fā)明專利，
公開(kāi)日是2006年01月04日，它公開(kāi)了一種膜分離空氣凈化器，包括風(fēng)壓裝置和空氣分離裝置。其特征在于，所述空氣分離裝置包括有膜壁密布微孔的分離膜，所述分離膜為1層或2層以上，采用具有選擇透過(guò)能力的分離膜做分離介質(zhì)，空氣在風(fēng)壓裝置的作用下流向分離膜，分子小于膜壁微孔的氣體通過(guò)膜壁為濾出氣體，而分子大于膜壁微孔的氣體被分離膜截流，從而達(dá)到氣體分離的目的。該空氣凈化技術(shù)采用微孔膜分離，分離機(jī)理為分子篩分，一種孔徑只能分離一種VOCs氣體，分離效果很差，加上平板膜裝填密度小，傳質(zhì)效率低，空氣凈化效果不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種節(jié)能、高效的室內(nèi)空氣凈化裝置。
本發(fā)明的室內(nèi)空氣凈化裝置包括進(jìn)風(fēng)口、殼體、風(fēng)機(jī)、排風(fēng)口、真空泵和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs，下同)出口；所述殼體中設(shè)有中空纖維，環(huán)氧樹(shù)脂封頭將中空纖維封隔成殼程和管程，形成類似管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)；所述進(jìn)風(fēng)口與殼體一端相連，殼體與真空泵相連，揮發(fā)性有機(jī)化合物出口與真空泵相連；所述風(fēng)機(jī)與殼體另一端相連，并與排風(fēng)口相連；室內(nèi)空氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物在真空泵抽吸作用下滲透進(jìn)入中空纖維的管程或殼程，將所述揮發(fā)性有機(jī)化合物通過(guò)真空泵經(jīng)揮發(fā)性有機(jī)化合物出口排出。
作為優(yōu)選方案，所述中空纖維由二層構(gòu)成，一層為多孔性支撐層，另一層為致密無(wú)孔皮層，所述致密無(wú)孔皮層位于中空纖維外側(cè)或內(nèi)側(cè)。中空纖維外徑1.0-10.0mm，壁厚100-200μm。
所述多孔性支撐層由聚偏氟乙烯、聚醚酰亞膠、聚丙烯腈、聚丙稀或聚砜制成，其孔徑為0.4-2.0μm，厚度為100-200μm；所述致密皮層由聚二甲基硅氧烷或聚醚嵌段酰胺制成，其厚度為0.2-5μm，無(wú)孔。
在所述殼體與真空泵之間設(shè)一個(gè)冷阱，殼體與冷阱相連，冷阱與真空泵相連；所述冷阱內(nèi)部設(shè)有冷劑盤(pán)管；將所述揮發(fā)性有機(jī)化合物通過(guò)冷阱進(jìn)行冷凝回收，未冷凝部分再排到室外。
本發(fā)明采用具有選擇性透過(guò)功能的中空纖維來(lái)充當(dāng)空氣凈化媒介，由于這種纖維只有VOCs能透過(guò)，在中空纖維內(nèi)外壓力差作用下，VOCs從空氣中分離出來(lái)，達(dá)到凈化。所述中空纖維的皮層采用致密無(wú)孔的材料，它是一種特殊材料，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚醚嵌段酰胺(PEBA)，所述VOCs首先在這種致密材料中溶解，然后擴(kuò)散到殼程，由于幾乎所有VOCs都可以溶解于這種致密材料，它可以實(shí)現(xiàn)VOCs的廣譜去除，即不論污染物孔徑大小，只要是VOCs，都能被去除。
本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果(1)利用具有致密皮層的中空纖維作為空氣凈化媒介進(jìn)行室內(nèi)空氣凈化，可實(shí)現(xiàn)空氣凈化效率80％以上，不需要加熱再生，能耗極低；(2)利用該裝置進(jìn)行空氣凈化，可以去除空氣中大部分的VOCs，包括甲醛、乙烷、丙酮、甲基乙酸、甲基硅酸等數(shù)百種室內(nèi)常見(jiàn)VOCs；(3)采用中空纖維結(jié)構(gòu)，傳遞面積大，傳質(zhì)效率高，設(shè)備小巧緊湊。


圖1是本發(fā)明室內(nèi)空氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖1中中空纖維結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1中中空纖維另一結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明室內(nèi)空氣凈化裝置的另一種結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例5結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例6結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本發(fā)明的室內(nèi)空氣凈化裝置如圖1所示，該裝置包括進(jìn)風(fēng)口1、殼體2、環(huán)氧樹(shù)脂封頭3、風(fēng)機(jī)4、排風(fēng)口5、VOCs出口6、真空泵7、中空纖維8。所述進(jìn)風(fēng)口1與殼體2一端相連，殼體2與真空泵7相連，揮發(fā)性有機(jī)化合物出口6與真空泵7相連；所述風(fēng)機(jī)4與殼體2另一端相連，并與排風(fēng)口5相連；環(huán)氧樹(shù)脂封頭3將中空纖維8封隔成殼程和管程，中空纖維8和封頭3之間密封、不漏氣，封頭3與殼體2之間也密封不漏氣；室內(nèi)空氣在風(fēng)機(jī)4的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)進(jìn)風(fēng)口1進(jìn)入殼體2流過(guò)中空纖維管內(nèi)，其中的VOCs透過(guò)中空纖維的壁進(jìn)入殼程，而脫除VOCs后的干凈空氣流出出風(fēng)口5，循環(huán)回室內(nèi)，達(dá)到空氣凈化的目的。而殼程中從中空纖維管內(nèi)滲透出來(lái)的VOCs則通過(guò)真空泵7經(jīng)過(guò)VOCs排放口6排到室外。
利用該空氣凈化裝置進(jìn)行空氣凈化的具體工藝步驟是打開(kāi)風(fēng)機(jī)4和真空泵7，驅(qū)動(dòng)新風(fēng)進(jìn)入殼體，在殼體內(nèi)封頭封堵作用下，室內(nèi)空氣沿中空纖維內(nèi)部流動(dòng)，其中的VOCs在中空纖維外部真空作用下通過(guò)中空纖維的壁，滲透進(jìn)入殼體，再在真空泵抽吸下經(jīng)過(guò)VOCs排放口6排到室外。
實(shí)施例2本發(fā)明的中空纖維具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，致密皮層9位于中空纖維外側(cè)，多孔性支撐層10位于中空纖維內(nèi)側(cè)。由圖2可見(jiàn)，所述室內(nèi)空氣走管內(nèi)11，所述中空纖維的多孔性支撐層10為100-200μm厚的多孔支撐體，包括聚偏氟乙烯(PVDF)，聚醚酰亞膠(PEI)，聚丙烯腈(PAN)、聚丙稀(PP)、聚砜(PSU)等的任一種，其孔徑0.4-2.0μm；所述致密皮層9厚度為0.2-5μm，無(wú)孔，其材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚醚嵌段酰胺(PEBA)等的任何一種。
實(shí)施例3本發(fā)明的中空纖維另一結(jié)構(gòu)如圖3所示，致密皮層9位于中空纖維內(nèi)側(cè)，多孔性支撐層10位于中空纖維外側(cè)。由圖3可見(jiàn)，所述室內(nèi)空氣走管內(nèi)11，所述中空纖維的多孔性支撐層10為100-200μm厚的多孔支撐體，包括聚偏氟乙烯(PVDF)，聚醚酰亞膠(PEI)，聚丙烯腈(PAN)、聚丙稀(PP)、聚砜(PSU)等的任一種，其孔徑0.4-2.0μm；所述致密皮層9厚度為0.2-5μm，無(wú)孔，其材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚醚嵌段酰胺(PEBA)等的任何一種。
實(shí)施例4本發(fā)明的另一具有VOCs收集回收功能的空氣凈化裝置，如圖4所示，本空氣凈化裝置包括進(jìn)風(fēng)口1、殼體2、環(huán)氧樹(shù)脂封頭3、風(fēng)機(jī)4、排風(fēng)口5、VOCs出口6、真空泵7、中空纖維8、冷阱12，所述冷阱12內(nèi)部設(shè)冷劑盤(pán)管13；室內(nèi)空氣在風(fēng)機(jī)4的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)進(jìn)風(fēng)口1進(jìn)入殼體2，室內(nèi)空氣在殼體中進(jìn)入管程，在風(fēng)機(jī)4驅(qū)動(dòng)下流過(guò)中空纖維管內(nèi)，其中的VOCs透過(guò)中空纖維的壁進(jìn)入殼程，脫除VOCs后的干凈空氣流出出風(fēng)口5，循環(huán)回室內(nèi)，達(dá)到空氣凈化的目的。殼體2與冷阱12和真空泵7相連，殼程中從中空纖維管內(nèi)滲透出來(lái)的VOCs流過(guò)冷阱12，在冷阱12中冷劑盤(pán)管13冷卻作用下發(fā)生冷凝，成為液體，匯集在冷阱12底端，收集到一定量后拿走，供回收利用；冷劑盤(pán)管13中通液氮、制冷劑、或冷水，液氮、制冷劑、或冷水從冷劑進(jìn)口14進(jìn)入，從冷劑出口15流出，達(dá)到冷卻冷凝VOcs的作用。
利用本空氣凈化裝置進(jìn)行空氣凈化的具體工藝步驟是打開(kāi)風(fēng)機(jī)4和真空泵7，驅(qū)動(dòng)新風(fēng)進(jìn)入殼體，在殼體內(nèi)封頭封堵下，室內(nèi)空氣沿中空纖維內(nèi)部流動(dòng)，其中的VOCs在中空纖維外部真空作用下通過(guò)中空纖維的壁，滲透進(jìn)入殼體，再在真空泵抽吸下經(jīng)過(guò)冷阱12，其中的VOCs發(fā)生冷凝液化，匯集到冷阱12下部，供以后回收利用，而部分不凝結(jié)的VOCs和不凝性氣體經(jīng)排放口6排到室外。
實(shí)施例5本發(fā)明的空氣凈化裝置實(shí)施方案的另一結(jié)構(gòu)圖，如圖5所示，室內(nèi)空氣走殼程，VOCs走管程，分離出的VOCs不回收，直接排到室外。由圖5可見(jiàn)，本空氣凈化裝置包括進(jìn)風(fēng)口1、殼體2、環(huán)氧樹(shù)脂封頭3、風(fēng)機(jī)4、排風(fēng)口5、VOCs出口6、真空泵7、中空纖維8；室內(nèi)空氣在風(fēng)機(jī)4的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)進(jìn)風(fēng)口1進(jìn)入殼體2，封頭3將中空纖維封隔成殼程和管程，室內(nèi)空氣在殼體中走殼程，即從中空纖維外部、管束間流過(guò)，在風(fēng)機(jī)4驅(qū)動(dòng)下流出出風(fēng)口5，進(jìn)入室內(nèi)。室內(nèi)空氣中的VOCs透過(guò)中空纖維的壁進(jìn)入中空纖維的管程，在真空泵7抽吸作用下經(jīng)VOCs排放口6排出室外。
利用本空氣凈化裝置進(jìn)行空氣凈化的具體工藝步驟是打開(kāi)風(fēng)機(jī)4和真空泵7，驅(qū)動(dòng)新風(fēng)進(jìn)入殼體，在殼體內(nèi)封頭封堵下，室內(nèi)空氣在中空纖維外部管束間流動(dòng)，其中的VOCs在中空纖維管內(nèi)真空作用下通過(guò)中空纖維的壁，滲透進(jìn)入管內(nèi)，再在真空泵抽吸下經(jīng)過(guò)VOCs排放口6排到室外。
實(shí)施例6本發(fā)明的空氣凈化裝置另一實(shí)施方案如圖6所示，室內(nèi)空氣走殼程，VOCs走管程，排出的VOCs進(jìn)行回收。由圖6可見(jiàn)，本空氣凈化裝置包括進(jìn)風(fēng)口1、殼體2、環(huán)氧樹(shù)脂封頭3、風(fēng)機(jī)4、排風(fēng)口5、VOCs出口6、真空泵7、中空纖維8、冷阱12。其中冷阱12內(nèi)部設(shè)冷劑盤(pán)管13。室內(nèi)空氣在風(fēng)機(jī)4的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)進(jìn)風(fēng)口1進(jìn)入殼體2，封頭3將中空纖維封隔成殼程和管程。室內(nèi)空氣在殼體中走殼程，即從中空纖維外部、管束間流過(guò)，在風(fēng)機(jī)4驅(qū)動(dòng)下流出出風(fēng)口5，進(jìn)入室內(nèi)。室內(nèi)空氣中的VOCs透過(guò)中空纖維的壁進(jìn)入中空纖維的管程，在真空泵7抽吸作用下通過(guò)冷阱12，VOCs在冷阱12中冷劑盤(pán)管13的冷卻作用下發(fā)生冷凝，成為液體，匯集在冷阱12底端，收集到一定量后拿走，供回收利用。冷劑盤(pán)管13中通液氮、制冷劑、或冷水，液氮、制冷劑、或冷水從冷劑進(jìn)口14進(jìn)入，從冷劑出口15流出，起冷卻冷凝VOCs的作用。未冷凝的部分VOCs和空氣經(jīng)排放口6排出室外。
利用本空氣凈化裝置進(jìn)行空氣凈化的具體工藝步驟是打開(kāi)風(fēng)機(jī)4和真空泵7，驅(qū)動(dòng)新風(fēng)進(jìn)入殼體，在殼體內(nèi)封頭封堵下，室內(nèi)空氣在中空纖維外部管束間流動(dòng)，其中的VOCs在中空纖維管內(nèi)真空作用下通過(guò)中空纖維的壁，滲透進(jìn)入管內(nèi)，再在真空泵抽吸下經(jīng)過(guò)冷阱12，發(fā)生冷凝，匯集到冷阱12下部供回收利用，未冷凝的VOCs經(jīng)排放口6排到室外。液氮、制冷劑、或冷水從冷劑進(jìn)口14進(jìn)入，從冷劑出口15流出，起冷卻冷凝VOCs的作用。
權(quán)利要求
1.一種室內(nèi)空氣凈化裝置，其特征在于，該裝置包括進(jìn)風(fēng)口、殼體、風(fēng)機(jī)、排風(fēng)口、真空泵和揮發(fā)性有機(jī)化合物出口；所述殼體中設(shè)有中空纖維，環(huán)氧樹(shù)脂封頭將中空纖維封隔成殼程和管程，形成類似管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)；所述進(jìn)風(fēng)口與殼體一端相連，殼體與真空泵相連，揮發(fā)性有機(jī)化合物出口與真空泵相連；所述風(fēng)機(jī)與殼體另一端相連，并與排風(fēng)口相連；室內(nèi)空氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物在真空泵抽吸作用下滲透進(jìn)入中空纖維的管程或殼程，將所述揮發(fā)性有機(jī)化合物通過(guò)真空泵經(jīng)揮發(fā)性有機(jī)化合物出口排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)空氣凈化裝置，其特征在于，所述中空纖維由二層構(gòu)成，一層為多孔性支撐層，另一層為致密無(wú)孔皮層，所述致密無(wú)孔皮層位于中空纖維外側(cè)或內(nèi)側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的室內(nèi)空氣凈化裝置，其特征在于，所述多孔性支撐層由聚偏氟乙烯、聚醚酰亞膠、聚丙烯腈、聚丙稀或聚砜制成，其孔徑為0.4-2.0μm，厚度為100-200μm；所述致密皮層由聚二甲基硅氧烷或聚醚嵌段酰胺制成，其厚度為0.2-5μm，無(wú)孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的室內(nèi)空氣凈化裝置，其特征在于，在所述殼體與真空泵之間設(shè)一個(gè)冷阱，殼體與冷阱相連，冷阱與真空泵相連；所述冷阱內(nèi)部設(shè)有冷劑盤(pán)管；將所述揮發(fā)性有機(jī)化合物通過(guò)冷阱進(jìn)行冷凝回收。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種室內(nèi)空氣凈化裝置，包括進(jìn)風(fēng)口、殼體、風(fēng)機(jī)、排風(fēng)口、真空泵和揮發(fā)性有機(jī)化合物出口；所述殼體中設(shè)有中空纖維，環(huán)氧樹(shù)脂封頭將中空纖維封隔成殼程和管程，形成類似管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)；所述進(jìn)風(fēng)口與殼體一端相連，殼體與真空泵相連，揮發(fā)性有機(jī)化合物出口與真空泵相連；所述風(fēng)機(jī)與殼體另一端相連，并與排風(fēng)口相連；室內(nèi)空氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物在真空泵抽吸作用下滲透進(jìn)入中空纖維的管程或殼程，將所述揮發(fā)性有機(jī)化合物通過(guò)真空泵經(jīng)揮發(fā)性有機(jī)化合物出口排出。本發(fā)明能有效去除絕大部分室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)化合物，包括甲醛、乙烷、丙酮、甲基乙酸、甲基硅酸等，去除效率80％以上。比現(xiàn)有的凈化技術(shù)效率更高，更加節(jié)能和環(huán)保。
文檔編號(hào)B01D46/54GK101058052SQ200710028239
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者張立志 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)