CN107998529A - 一种微型空气净化器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型空气净化器，由过滤层与微型风扇等组成，其中过滤层由纳米活性碳纤维网层与微细静电纤维网层经中间粘合层粘合而成。这些组件可由壳体包封，通过微型风扇的空气驱动，使周围空气源源不断流过过滤层，有效吸附空气中的甲醛、PM2.5、TVOC、硫化物、浮游粉尘、细菌等细颗粒物与挥发性污染物，可在短时间内有效降低周边空气污染指数。可插电充电使用，可任意摆放，可置于衣服口袋，携带方便，适用于家庭、办公室、汽车及各类需要洁净空气的私人空间与公共场所。
Description
技术领域
本发明属于空气净化装置技术领域，特别涉及一种利用物理性吸附的便携式空气净化技术。
背景技术
由于经济粗放式快速发展，人们生活中的空气质量恶化严重，频繁出现的雾霾致使空气中PM2.5细颗粒物等严重超标，现有建筑与汽车等室内装饰中甲醛和挥发性有机物污染指数严重超出健康标准更是司空见惯。为了减轻这种威胁与伤害，人们求助于空气净化器这类过滤空气的技术装置。目前，市场上成本低且不致引起二次污染的空气净化器主要是物理吸附型的，它们大多采用常规的多孔性滤材来实现空气过滤，如无纺布、滤纸、聚合物纤维、泡棉、活性炭、HEPA滤膜等。由于存在着过滤效能与空气通透性两者难以兼顾的技术障碍，市场上常见的利用多孔性滤材来制作的空气净化器，体积往往较大，也需要利用较大功率的风扇或风机来驱动空气流过过滤单元。因此，这类空气净化器在使用的便携性上很有局限性。
发明内容
本发明克服现有技术中的不足，提供一种微型空气净化器，不仅可以高效净化空气，还能方便携带，小巧实用。
本发明的技术方案是：一种微型空气净化器，包括过滤层7、微型风扇10与可充电电池11组成，紧置于过滤层7一侧的微型风扇10形成的负压，驱使污染空气流过过滤层7而得到净化，所述过滤层7由碳纤维网层14、中间粘合层16与静电纤维网层15组合而成，中间粘合层16纵向布有微细通道，中间粘合层16的微细通道的两端开口分别与碳纤维网层14网孔、静电纤维网层15网孔相沟通。
本发明中，所述碳纤维网层14由碳纤维编织而成，其厚度不小于0.5毫米，其表面网孔几何尺度最大不超过50微米且分布均匀。所述碳纤维，指的是通过将有机母体纤维经过高温(如1000℃-3000℃)、惰性气体保护下，以高温分解与碳化的方式形成含碳量在90％以上的一类无机高分子材料，包括：沥青基碳纤维、酚醛基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维、粘胶基碳纤维和再生纤维素基碳纤维，等。本发明中，优先采用经过高温活化、表面呈多孔的活性碳纤维，其中，优先采用再生纤维素基如椰壳材料等加工而成的活性碳纤维；在实施编织时，优先采用直径为5微米及以下的活性碳纤维。
在一种实施方式中，所述碳纤维网层14的一种制备方式是，可通过涂布工艺加工制备，制备时选用网孔几何尺度不大于50微米且分布均匀的多孔编织布，并通过密压或点阵压方式将所制备碳纤维网层14薄层贴合在一起，可以叠合为多层，以至在层厚上达到0.5毫米及以上。
本发明中，所述静电纤维网层15由静电纤维编织而成，也可通过涂布工艺加工制备，制备时选用网孔几何尺度不大于500微米且分布均匀的多孔编织布，通过摩擦起电法与/或通过密压或点阵压方式将所制备碳纤维网层14薄层贴合在一起，可以叠合为多层，以至在层厚上达到1毫米及以上。所述静电纤维，其材质类型可以是金属纤维、炭黑系纤维、导电型金属化合物纤维和导电聚合物型纤维或者驻极体类纤维，优选采用表面容易处理呈多孔的导电聚合物纤维，如聚酯纤维、聚丙烯纤维等；优选的静电纤维的直径不大于500微米。
本发明中，所述中间粘合层起着将上述碳纤维网层14与上述静电纤维网层15组合在一起的作用。在一种实施方式中，中间粘合层16采用可固化的粘性聚合物成分组成，如环氧树脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。在制备时，将起始呈液态的粘性聚合物浇铸在预先制备的微柱阵列上，其中的微柱分布均匀，采用的微柱长度不超过0.5毫米、其直径范围可在50微米-500微米之间变化；在粘性聚合物呈半固化状态时脱模或者转覆，可获得在这层粘性聚合物层纵向呈有微细通道阵列的中间粘合层16，其中的微细通道长为不超过0.5毫米、直径也在50微米-500微米之间，且分布均匀。将上述制备的具有微细通道阵列的中间粘合层16，夹在上述制备的碳纤维网层14与静电纤维网层15之间，贴合，制备得到本发明所述的过滤层8。
上述制备的过滤层7，其中的空气滤过通道具备从亚毫米、微米、纳米级不同尺度，且从层的一侧到内层再到另一侧，经过许许多多呈梯度网络的层面，在很有限的片层形体积中极大地增大了吸附表面积。当空气流过时，一方面较大的亚毫米、微米尺度孔道以及加上静电纤维的吸附作用，可以阻挡空气中的大多数颗粒物，另一方面如PM2.5细颗粒、甲醛等挥发性污染气体则通过活性碳纤维外及其多孔内表面吸附，从而可在这种有限片层体积的过滤层7中，实现超强的流过性吸附。
本发明中，上述制备的过滤层7，可固定在外框框架中，以方便使用时直接插入壳体1内部开设的插槽中。
在本发明的一个实施方式中，上述壳体内的插槽边框上，固定微型风扇10，使微型风扇10的吸风面正好针对上述插槽中置放的过滤层7，插槽边框与壳体1上可开设空气导流孔，当开启可充电电池11驱动微型风扇10运转时，可不断地实现空气从进气面17，经壳体1的垂直通孔5，流过上述过滤层7，再通过出气孔6排出，从而实现空气源源不断的净化。
综上，本发明的技术方案的有益作用，在于通过过滤层7材质构成及滤过通道几何的组合与优化制备，既充分地增大单位体积上的物理性吸附表面积，又可适配微型风扇10所提供的低负压为滤过动力，从而使得这样制作的微型空气净化器，既能实现污染空气与低质量空气的高效净化，又可使其在体积与重量上实现微小化，实现高度的便携化。
附图说明
图1为一种微型空气净化器实施例的结构示意图。
图1中，1为壳体，2为支架，3为前盖，4为后盖，5为垂直通孔，6为出气孔，7为过滤层，8为前腔，9为后腔，10为微型风扇，11为可充电电池，12为充电接口，13为电源开关，14为碳纤维层，15为静电纤维层，16为中间粘性层，17为进气面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
如图1所示的一种微型空气净化器，其壳体1由几何尺寸相同、均呈凹形长方体的前盖3与后盖4组成，前盖3上开具直径0.5毫米左右的阵列式垂直通孔5阵列，构成所述进气面17，后盖4上开具出气孔6阵列。凹形前盖3周边与凹形后盖4周边相向紧贴锁合，与夹在其间的过滤层7在框架辅助下形成前腔8与后腔9。驱动部件由微型风扇10、可充电电池11及充电接口12与电源开关13组成，其中，微型风扇10与可充电电池11可置于后腔9中并固定在后盖4内壁上；充电接口12与电源开关13可通过在后盖4的一个侧边开口来实现外部操作。采用可折叠的人字支架2固定到后盖4外表面中下部处，可以使该微型空气净化器整体在平表面上任意摆放。
在本实施例中，过滤层7采用厚度为0.8毫米、网孔孔径为30微米的椰壳纤维素基活性多孔碳纤维网层14与网孔孔径300微米的聚酯静电纤维网层15，经由PDMS微通道阵列薄膜(其中，膜厚0.3毫米，纵向微细通道直径200微米)作为中间粘合层16，在其双侧面上粘合而制备。其中，PDMS材料可采用道康宁公司产的Sylgard 184，按组分10:1混合形成预聚物，在预先通过蚀刻法或者压印法或者微机械加工制备的微柱阵列模上浇铸，形成半固化PDMS固态物，脱模后供上述步骤使用；另一种键合方式是，上述PDMS浇铸后，也可完全固化，从微柱阵列模上剥离后，将所形成的PDMS微通道阵列薄膜，连同上述已经制备的碳纤维网层14与静电纤维网层15，在氧气等离子体氛围中同时处理0.5～1分钟后，即刻互相贴合在一起以实现上述三层的键合。为使这样形成的过滤层7薄片层在运行中有一定强度，可在其两侧面与周边适当增加有加强筋的框架。当将这样制备的过滤层7夹入上述微型空气净化器的前盖3与后盖4之间后，在微型风扇10的负压作用下，就可以实现周围污染空气的高效净化。
Claims (4)
1.一种微型空气净化器，包括壳体1、过滤层7、微型风扇10与可充电电池11组成，置于过滤层7一侧的微型风扇10形成的负压，驱使污染空气流过过滤层7与流出壳体1而得到净化，其特征在于：所述过滤层7由碳纤维网层14、中间粘合层16与静电纤维网层15组合而成，中间粘合层16纵向布有微细通道，中间粘合层16的微细通道的两端开口分别与碳纤维网层14网孔、静电纤维网层15网孔相沟通，所述过滤层7插入在壳体1内部。
2.如权利要求1所述的微型空气净化器，其特征在于：碳纤维网层14由碳纤维编织而成，其厚度不小于0.5毫米，其表面网孔几何尺度最大不超过50微米且分布均匀，碳纤维的表面呈多孔，碳纤维的直径不大于5微米。
3.如权利要求1所述的微型空气净化器，其特征在于：中间粘合层16由粘性聚合物构成，其厚度不大于0.5毫米，其纵向微细通道的直径在50微米-500微米之间且分布均匀。
4.如权利要求1所述的便携式空气净化器，其特征在于：静电纤维网层15由静电纤维编织而成，其厚度不小于1毫米，其表面网孔几何尺度最大不超过500微米且分布均匀，静电纤维的直径不大于500微米。
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| 奚大顺: "《电子技术随笔 一位老电子技术工作者的心得》", 31 January 2015, 北京航空航天大学出版社 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113289453A (zh) * | 2021-04-24 | 2021-08-24 | 深圳市华净科技有限公司 | 一种气态污染物一体净化装置 |
| CN113289453B (zh) * | 2021-04-24 | 2022-01-04 | 深圳市华净科技有限公司 | 一种气态污染物一体净化装置 |
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