山東科技大學(xué) 山東 泰安 271099

一、研發(fā)背景

在60年代至70年代，人們僅關(guān)心室內(nèi)的溫濕度和風(fēng)速因素。今天，空氣質(zhì)量則成為主要的考慮因素。國(guó)民健康意識(shí)被不斷喚醒，居民消費(fèi)水平提高?？萍荚诓粩嗟倪M(jìn)步，空氣凈化器在形態(tài)技術(shù)和使用方式上也有了巨大的變化。隨著空氣質(zhì)量的日益惡化，空氣凈化器和新風(fēng)系統(tǒng)在家庭應(yīng)用中越來(lái)越普及。普通空氣凈化器的原理是將室內(nèi)的空氣循環(huán)凈化，需要將門(mén)窗密閉才能取得較好的凈化效果。但是這種工作模式下長(zhǎng)時(shí)間凈化會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)含氧量降低，同樣會(huì)一定程度影響人們身體健康。當(dāng)人們定期換氣，需要頻繁打開(kāi)窗戶(hù)，此時(shí)霧霾進(jìn)入室內(nèi)，空氣凈化器又需要工作一段時(shí)間才能將空氣凈化，凈化效率低，十分不方便使用。隨著日益變化的空氣質(zhì)量，單一的凈化方式不能完全凈化空氣，在凈化技術(shù)上，需要尋找新的技術(shù)，在供能上考慮新能源，使其能夠更加節(jié)能。

空氣凈化器開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)外都有研究，并已開(kāi)發(fā)出很多相關(guān)的產(chǎn)品。全球各大公司結(jié)合亞洲市場(chǎng)需求流通的特點(diǎn)，加大在我國(guó)及周邊地區(qū)生產(chǎn)的比例。國(guó)外空氣凈化器產(chǎn)品的發(fā)展經(jīng)歷了從最初出現(xiàn)的空氣加濕器到濾網(wǎng)式空氣凈化器，然后增加了靜電除塵、負(fù)離子發(fā)生器有滅菌功能的復(fù)合式。同時(shí)，我國(guó)空氣凈化器企業(yè)以及家電企業(yè)相繼推出的凈化器新品，也成為行業(yè)中的主要力量?，F(xiàn)存的一種室外空氣凈化器，基本達(dá)到不開(kāi)窗戶(hù)吸入新鮮換氣的目的，大大方便人們使用。但這種空氣凈化器在使用時(shí)存在不足之處，一是其僅僅對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行凈化，并未對(duì)排出室外的空氣進(jìn)行凈化，導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到整體凈化的目的；二是過(guò)濾芯不便于清理，使用一段時(shí)間后凈化效果下降；三是不適合安裝在窗體上，需要額外開(kāi)洞，影響墻體結(jié)構(gòu)和美觀。

我國(guó)室內(nèi)環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展十余年來(lái)，經(jīng)歷奧運(yùn)會(huì)和世博會(huì)等全球重大活動(dòng)的檢驗(yàn)，基本形成了以空氣凈化器、新風(fēng)機(jī)、凈化材料、凈化治理的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展體系。"十一五"期間全國(guó)空氣凈化器和室內(nèi)環(huán)納環(huán)保產(chǎn)業(yè)平均利潤(rùn)率達(dá)到28%，空氣凈化器銷(xiāo)售額年均增速居住的品質(zhì)要求越來(lái)越高。

二、產(chǎn)品介紹

我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型鋁木門(mén)窗空氣凈化器，是一種可以?xún)?nèi)嵌在鋁木復(fù)合門(mén)窗中的微型空氣凈化器。本新型鋁木復(fù)合門(mén)窗空氣凈化器的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的凈化效率低、難以清潔等問(wèn)題，達(dá)到無(wú)須額外在墻體開(kāi)洞即可吸入新鮮換氣的效果。室外空氣凈化器通過(guò)一吸一排，室內(nèi)外的空氣通過(guò)空氣入口進(jìn)入空氣進(jìn)化模塊，經(jīng)三通管進(jìn)入活性炭過(guò)濾芯，進(jìn)行污物的吸附與凈化，凈化后的空氣通過(guò)模塊上方的出口放入室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)室外空氣通過(guò)凈化成新鮮空氣吸入室內(nèi)，在室內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)，達(dá)到不開(kāi)窗戶(hù)吸入新鮮換氣的目的，起到了空氣凈化的效果，大大方便人們使用。

這種新型鋁木復(fù)合門(mén)窗與傳統(tǒng)的墻壁式空氣凈化器相比，具有免開(kāi)洞，能耗低，價(jià)格實(shí)惠，凈化效果好。空氣凈化模塊可拆卸清理，便于定期更換過(guò)濾芯和蓄電池，使用方便。因其便于拆卸清理的優(yōu)點(diǎn)，非常適合于中低收入家庭使用。

三、產(chǎn)品主要功能

1.空氣凈化模塊采用嵌入式方式設(shè)置在鋁木復(fù)合門(mén)窗，無(wú)需額外在墻體開(kāi)洞，達(dá)到不開(kāi)窗戶(hù)吸入新鮮換氣；

2.新型鋁木復(fù)合門(mén)窗中的空氣凈化器通過(guò)一吸一排，利用活性炭及其他凈化材料完成室內(nèi)與室外空氣的流通，實(shí)現(xiàn)室外空氣通過(guò)凈化成新鮮空氣吸入室內(nèi)，在室內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)，達(dá)到不開(kāi)窗戶(hù)吸入新鮮換氣的目的，整體凈化效果較好，大大方便人們使用；

3.該空氣凈化器在不會(huì)降低室內(nèi)含氧量的基礎(chǔ)上，進(jìn)行持續(xù)換氣工作，解決了因含氧量降低而對(duì)人體產(chǎn)生傷害的情況。

四、產(chǎn)品創(chuàng)新點(diǎn)及特色

1.本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，空氣凈化模塊采用嵌入式方式設(shè)置在鋁木復(fù)合門(mén)窗，不需要在墻體上開(kāi)洞；

2.本空氣凈化器利用活性炭及其他凈化材料進(jìn)行凈化，不僅對(duì)室內(nèi)空氣起凈化作用，對(duì)排出室外的空氣也進(jìn)行凈化，達(dá)到整體凈化的目的，保護(hù)環(huán)境；

3.空氣凈化器體型小巧，節(jié)省了占地空間。

4.空氣凈化模塊中的分離塊可拆卸清理，便于定期更換過(guò)濾芯和蓄電池，使用方便。

5.本產(chǎn)品可以解決老式空氣凈化器因只能使用在封閉空間內(nèi)，導(dǎo)致空氣含氧量降低而對(duì)人體造成傷害的問(wèn)題，同時(shí)也解決了定期換氣時(shí)打開(kāi)窗戶(hù)，霧霾進(jìn)入室內(nèi)空氣凈化器又需要工作一段時(shí)間才能將空氣凈化，凈化效率低，十分不方便的問(wèn)題。

五、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 結(jié)構(gòu)組成 新型鋁木復(fù)合門(mén)窗中的空氣凈化器，由對(duì)開(kāi)式的鋁木復(fù)合門(mén)窗，空氣凈化模塊組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1所示。

圖1-1 鋁木復(fù)合門(mén)窗中的空氣凈化模塊的結(jié)構(gòu)示意圖

下面將結(jié)合圖1-1，對(duì)本產(chǎn)品中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

本產(chǎn)品為一種安裝在鋁木復(fù)合門(mén)窗中的空氣凈化器，包括對(duì)開(kāi)式的鋁木復(fù)合門(mén)窗1，鋁木復(fù)合門(mén)窗1靠近合頁(yè)的框板2中嵌入有空氣凈化模塊3。

空氣凈化模塊3的底部設(shè)置有三通管301，三通管301的三個(gè)端部分別設(shè)有室內(nèi)空氣入口302、室外空氣入口303和引風(fēng)扇304，引風(fēng)扇304的上方設(shè)置第一連接直管305、分離塊306、第二連接直管310、弧形管311，弧形管311的外端設(shè)有凈化空氣出口312。

分離塊306中裝設(shè)有連通管307，當(dāng)分離塊306與空氣凈化模塊3卡合固定后，連通管307的兩端分別與第一連接直管305、第二連接直管310相接通，連通管307的內(nèi)部設(shè)有若干交錯(cuò)分布的過(guò)濾芯308。過(guò)濾芯308為活性炭濾芯，外殼為鏤空板，內(nèi)部的活性炭顆粒用網(wǎng)體圍住并限制在鏤空板內(nèi)。

分離塊306位于連通管301的外部靠近室內(nèi)設(shè)有蓄電池309，當(dāng)分離塊306與空氣凈化模塊3卡合固定后，蓄電池309與引風(fēng)扇304電性連接。蓄電池309與引風(fēng)扇304之間設(shè)有電池開(kāi)關(guān)，電池開(kāi)關(guān)的按鈕設(shè)置在分離塊306的室內(nèi)側(cè)面上。引風(fēng)扇304的電極柱端設(shè)置在卡槽側(cè)壁上，蓄電池309的供電線纜上接有電池開(kāi)關(guān)，其作為輸出端的電極柱端也設(shè)置在分離塊306的側(cè)壁上，通過(guò)電極柱端之間的壓接實(shí)現(xiàn)電性連接，具體壓接時(shí)可設(shè)置簧片結(jié)構(gòu)來(lái)彈性壓接。

分離塊306的兩端通過(guò)固定螺釘314與空氣凈化模塊3卡合固定，分離塊306的頂部向下開(kāi)設(shè)有定位槽313。

連通管307通過(guò)卡接或螺接方式固定在分離塊306中。連通管307中的過(guò)濾芯308相互之間形成折流通道，設(shè)置折流通道為了降低風(fēng)阻，實(shí)現(xiàn)正常的通風(fēng)凈化。

5.2 工作原理 空氣凈化模塊的底部設(shè)置有三通管，其三個(gè)端部分別設(shè)有室內(nèi)空氣入口、室外空氣入口和引風(fēng)扇，引風(fēng)扇的上方設(shè)置第一連接直管、分離塊、第二連接直管、弧形管，弧形管的外端設(shè)有凈化空氣出口；分離塊中裝設(shè)有連通管，當(dāng)分離塊與空氣凈化模塊卡合固定后，連通管的兩端分別與第一連接直管、第二連接直管相接通，連通管的內(nèi)部設(shè)有若干交錯(cuò)分布的過(guò)濾芯；分離塊位于連通管的外部靠近室內(nèi)設(shè)有蓄電池，當(dāng)分離塊與空氣凈化模塊卡合固定后，蓄電池與引風(fēng)扇電性連接，分離塊的兩端通過(guò)固定螺釘與空氣凈化模塊卡合固定，分離塊的頂部向下開(kāi)設(shè)有定位槽。連通管通過(guò)卡接或螺接方式固定在分離塊中。連通管中的過(guò)濾芯相互之間形成折流通道。過(guò)濾芯為活性炭濾芯，外殼為鏤空板，內(nèi)部的活性炭顆粒用網(wǎng)體圍住并限制在鏤空板內(nèi)。蓄電池與引風(fēng)扇之間設(shè)有電池開(kāi)關(guān)，電池開(kāi)關(guān)的按鈕設(shè)置在分離塊的室內(nèi)側(cè)面上。

室內(nèi)外的空氣通過(guò)空氣入口進(jìn)入空氣進(jìn)化模塊，經(jīng)三通管進(jìn)入活性炭過(guò)濾芯，進(jìn)行污物的吸附與凈化，凈化后的空氣通過(guò)模塊上方的出口放入室內(nèi)，起到了空氣凈化的效果。

六、產(chǎn)品組成部件的選擇

6.1 三通管件 三通又稱(chēng)管件三通或者三通管件，三通接頭等。主要用于改變流體及氣體方向，用在主管道要分支管處?？梢园垂軓酱笮》诸?lèi)。金屬材質(zhì)三通管具有主管和在主管一側(cè)垂直于主管并與主管連通設(shè)置的支管，在主管出口方向與支管出口方向交匯拐角處設(shè)置閥門(mén)，閥門(mén)上設(shè)置圓形閥片，閥片在管腔關(guān)閉狀態(tài)為與管腔內(nèi)壁相互密封的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了管路設(shè)置，節(jié)約了管路零部件用量，方便了操作，便于管路分路檢修及各支路分階段供應(yīng)。本設(shè)計(jì)除具有傳統(tǒng)三通管的作用外，同時(shí)起到雙工位閥門(mén)的作用，即主管與支管輸出可任意選取之一為閉合、另一為暢通的工作狀態(tài)。這樣的設(shè)計(jì)保證了只對(duì)室內(nèi)或室外空氣或同時(shí)對(duì)室內(nèi)外空氣凈化的目的，實(shí)現(xiàn)了功能模塊的分區(qū)。

6.2 引風(fēng)扇及蓄電池 分離塊位于連通管的外部靠近室內(nèi)設(shè)有蓄電池，當(dāng)分離塊與空氣凈化模塊卡合固定后，蓄電池與引風(fēng)扇電性連接。蓄電池與引風(fēng)扇之間設(shè)有電池開(kāi)關(guān)，電池開(kāi)關(guān)的按鈕設(shè)置在分離塊的室內(nèi)側(cè)面上。引風(fēng)扇的電極柱端設(shè)置在卡槽側(cè)壁上，蓄電池的供電線纜上接有電池開(kāi)關(guān)，其作為輸出端的電極柱端也設(shè)置在分離塊的側(cè)壁上，通過(guò)電極柱端之間的壓接實(shí)現(xiàn)電性連接，具體壓接時(shí)可設(shè)置簧片結(jié)構(gòu)來(lái)、彈性壓接。使用此類(lèi)材料時(shí)，電池能夠比常用的石墨陽(yáng)極電池多存儲(chǔ)3倍的能量。金屬陽(yáng)極是相對(duì)容易制造的無(wú)機(jī)化合物，但是在電池充電/放電的過(guò)程中，其具有磨損快和體積變化大的缺點(diǎn)。

6.3 過(guò)濾芯 連通管的內(nèi)部設(shè)有若干交錯(cuò)分布的過(guò)濾芯。過(guò)濾芯為活性炭濾芯，外殼為鏤空板，內(nèi)部的活性炭顆粒用網(wǎng)體圍住并限制在鏤空板內(nèi)。空氣凈化活性碳是一種國(guó)際公認(rèn)的高效吸附材料?；钚蕴际且环N多孔的含碳物質(zhì)，其發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)使它具有很大的表面積，所以很容易與空氣中的有毒有害氣體充分接觸，活性碳孔周?chē)鷱?qiáng)大的吸附力場(chǎng)會(huì)立即將有毒氣體分子吸入孔內(nèi)，所以活性碳具有極強(qiáng)的吸附能力也是去除氣態(tài)污染物的主要技術(shù)?；钚蕴课郊夹g(shù)主要分為兩類(lèi)：物理吸附和化學(xué)吸附。

七、產(chǎn)品服務(wù)的改進(jìn)與創(chuàng)新

7.1 產(chǎn)品存在的不足之處

(1)本產(chǎn)品采用蓄電池帶動(dòng)引風(fēng)扇進(jìn)行工作，雖可以大幅度的進(jìn)行室內(nèi)外空氣的流通與交換，但電池能量的消耗也不容小覷，如何進(jìn)行電池電量的充分利用以及對(duì)于電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及材料改進(jìn)，是產(chǎn)品改進(jìn)需要注意的一個(gè)問(wèn)題。

(2)本產(chǎn)品中的過(guò)濾芯采用活性炭結(jié)構(gòu)，活性炭?jī)艋骶哂谐龎m除臭功能，也可以?xún)艋諝?，但是由于存在吸附飽和?wèn)題，容易產(chǎn)生效果衰減。不能通過(guò)物理、化學(xué)、生物反應(yīng)將甲醛、苯等有害物質(zhì)分解，以達(dá)到凈化空氣的目的，。需定期更換因此會(huì)不斷產(chǎn)生費(fèi)用。

(3)本產(chǎn)品采用空氣凈化模塊，雖然方便了過(guò)濾芯的更換，但多次更換會(huì)帶來(lái)凈化塊與周?chē)鷩Ш宵c(diǎn)破損問(wèn)題，增大更換的費(fèi)用。

(4)部分直徑十分微小的雜質(zhì)顆粒可能會(huì)通過(guò)過(guò)濾芯直接到達(dá)室內(nèi)，凈化效果無(wú)法達(dá)到百分之百。

7.2 產(chǎn)品的升級(jí)與改進(jìn)

1.對(duì)于供電電池的改進(jìn)：可以考慮采用新型節(jié)能環(huán)保蓄電池，該電池可多次充電，且儲(chǔ)存電量能力為普通蓄電池的3倍，此改進(jìn)能夠最大程度的降低電池所帶來(lái)的環(huán)境污染。

2.對(duì)于活性炭吸附問(wèn)題：采用多層過(guò)濾方式，第一層為活性炭層，第二層為HEPA層，第三層為負(fù)離子發(fā)生層，此改進(jìn)能夠?qū)諝膺M(jìn)行多次清新且減少了活性碳層的工作壓力，更換了過(guò)濾芯的更換次數(shù)。

3.對(duì)于空氣凈化塊的更換問(wèn)題：在空氣凈化塊的側(cè)面與整體空氣凈化器的接觸面上增加滑槽機(jī)構(gòu)，此改進(jìn)既能使凈化塊精準(zhǔn)定位，也減少了空氣凈化塊的磨損

4.本產(chǎn)品憑借自身體積小，安裝方便的優(yōu)勢(shì)，可內(nèi)嵌在各種房屋門(mén)窗中，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不斷更新，將空氣凈化器與更多樣式的家具進(jìn)行結(jié)合。

5.對(duì)于凈化效果的問(wèn)題：在保證活性炭吸附的效果下，加入其他凈化材料，利用其物理或化學(xué)特性對(duì)直徑微小的顆粒進(jìn)行吸附。反復(fù)試驗(yàn)，尋找到最合適的材料。