車用空氣凈化系統解析

趙南，田鈞

（1.遼寧水利職業學院，遼寧 沈陽 110122；2.華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

車用空氣凈化系統解析

趙南1，田鈞2

（1.遼寧水利職業學院，遼寧 沈陽 110122；2.華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

文章以車載類空氣凈化系統為研究對象。采用效果由低到高逐級遞進的論述方式，分析各類凈化技術的工作原理及結構。對應用最為廣泛的不織布過濾，活性炭吸附，靜電加注、負離子等技術的工作原理進行了逐一說明。最后，融合上述技術的特點，提出了一個功能全面、技術先進的車載空氣凈化系統設計方案，并給出了內部結構示意圖及3D數據爆炸圖。

空氣凈化；活性炭；負離子

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.040

CLC NO.: U461.99 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-118-03

引言

汽車進入千家萬戶，伴隨而來的是對車內空氣質量的擔憂。即使在高端進口車型都不可避免的存在或多或少的車內空氣污染問題。在短期內無法改變車內污染源的前提下，如何將對人體產生的危害減弱甚至消除已經迫在眉睫。現在市場上已經存在很多類型的空氣凈化產品，本文將對他們一一進行分類并深入的進行分析。研究的內容即包括傳統的初級不織布過濾，活性炭靜電技術，也包含更加先進的負離子吸附技術，闡述工作原理、結構分析是本文的重點。力圖全面地解析空氣凈化技術在汽車領域的應用。

1、車內污染的分類

在分析空氣凈化系統相關內容之前，需要首先了解一下車內有害空氣的來源及分類。

圖1 霧霾天氣

1.1 車內三大污染源—PM2.5 TVOC 細菌

表1 車內污染源

TVOC—總揮發性有機化合物的簡稱。

2、空氣凈化系統分類

圖2 多元素分層過濾示意圖

2.1 初級過濾

在所有的空氣過濾系統中，都包含對細小的顆粒的過濾，通常都發生在過濾的第一道工序上。使用的過濾材料基本都以無紡布（Non WovenFabri）成分做為主體，由定向的或隨機的纖維而構成，是新一代環保材料，具備防潮、透氣、柔韌、質輕、不助燃、容易分解、無毒無刺激性、可循環再利用等特點。如多采用聚丙烯（pp材質）粒料為原料，經高溫熔融、噴絲、鋪綱、熱壓卷取連續一步法生產而成。因具有布的外觀和某些性能而稱其為布。大家廣泛了解的PM2.5通常指的是直徑在2.5微米左右的顆粒，大部分無紡布都可以阻擋此直徑顆粒的進入。但僅僅過濾這種直徑的顆粒是遠遠不夠的，因為越細小直徑的顆粒越容易被人體吸入，也越不容易排出體外。因此，通常情況下要求第一道物理過濾的顆粒的直徑范圍在0.3-10微米之間。當然越細小直徑的顆粒過濾越困難，對過濾材料的要求也越高，為提升過濾網的容塵量及吸附的效率，許多類似的產品又額外加注了靜電功能。

2.2 靜電積塵技術

在充注靜電的裝置中，極板式靜電積塵裝置是更高效的一種，利用高壓產生密集的離子區，氣流所攜帶的粉塵、細菌等被有效的離子化，在其后設置極板式的靜電積塵區，將離子化的粒子吸附在極板上，實現高效的積塵殺菌的作用。

圖4 靜電積塵裝置示意圖

加注靜電后的多纖維、多孔過濾網會更加充分的將顆粒吸附于網體的各個部位，而不僅僅吸附于濾網的表面，這樣就大大增加了單位體積內的吸附顆粒的數量（重量），進而提升其使用壽命及耐久性。

圖5 靜電性能對比示意圖

2.3 活性炭吸附技術

簡單的過濾顆粒雜質遠遠無法滿足對健康的需求，各類有害的異味氣體也會令人無法忍受。因此具備過濾、除味的雙效功能的過濾裝置孕育而生。所謂的雙效的過濾網是指在不織布過濾網的基礎上添加活性炭等吸附材料，進而在過濾空氣中雜質顆粒的同時，起到去除異味的作用。所謂“活性炭”就是普通木炭及焦炭通過“活化”得到的。活性炭材料中有大量肉眼看不見的微孔，其絕大部分微孔的孔徑在50nm—5000nm之間，一般每克活性炭中微孔的總內表面積可達700m2以上。活性炭表面的多孔結構及其善于吸附的活性特征，可選擇性的吸附有害氣體、臭味、粒子等。

這里需要說明的是活性炭去異味不僅僅是一種特性吸附的物理過程，同樣也伴隨著一定的化學吸附。

圖6 活性炭吸附機理示意圖

雙效吸附的功能是隨使用時間及外界環境的惡劣程度而衰減變弱的，下圖是在實驗室中進行的一個標準吸收效率遞減圖：以吸收正丁烷、二氧化硫、甲苯氣體為例，隨著容塵量的增加，過濾網的通風效率會越來越弱，很大程度上影響使用的效果。

圖7 吸收效率遞減示意圖

2.4 負離子技術

負離子是現階段廣泛使用的較先進的空氣凈化技術。應用于對空氣純凈度要求較高的各種場所，包括醫院、食品加工等領域。

負離子可以吸附空氣中帶正電的懸浮微粒和空氣中過多的正離子，如灰塵、煙霧、廢氣等，中和后使其成為不帶電的塵埃落地，從而起到凈化空氣的作用。人們常說的多吸收負氧離子對身體有益也是指這個原理。負離子的產生可以通過整合脈沖式電流技術和負離子發生技術，以電暈放電方式穩定釋放產生。每秒釋放大于300萬個負離子即可達到很好的效果。

3、獨立式過濾系統

圖8 獨立式多重過濾器外型圖

多重式過濾裝置是指融合了前面所提到的所有過濾技術，將他們按一定的過濾順序同時裝配在一個設備中。在工作過程中使污染空氣依次通過各層過濾，達到最佳的凈化效果。下圖為一款概念中的獨立式車載過濾系統的示意圖，以光觸媒技術作為終極過濾手段。

圖9 內部結構爆炸圖

4、結論

1）可以認定多重空氣凈化系統必將取代現有的單一過濾功能的凈化產品。

2）負離子過濾都具備一定的特點及優勢，具體如何選擇，還待大家進一步的深入研究。

3）本文權且作為拋磚引玉之用，希望對廣大讀者有所幫助、借鑒。受本人能力所限，文中難免出現敘述不當之處，還望大家不吝賜教，萬分感謝。最后，感謝美國3M公司及MAXMAC公司提供相關資料，在此一并鳴謝。

[1] A_SVC Portable Air Purifier Introduction_Ver2.0 _V2.0.

[2] AMKE空氣凈化技術及其應用.

[3] UV LED技術論述.

[4] VAPs Introduction-Draft Version-3M.

Automotive air purification system analysis

Zhao Nan, Tian Jun
(1. Liaoning water conservancy Career Academy, Liaoning Shenyang 110122; 2.Brilliance Auto R&D Center, Liaoning Shenyang 110141)

The vehicle-mounted air cleaning system is researched. The discuss manner that based on the purification effectiveness from low to high is adopted, the work principle and structure of several purification techniques are analyzed. With the most widely used purification techniques as research object, include non-woven fabric filtration, activated carbon adsorption and static fill techniques, the work principle and processing technic are illustrated one by one. In the same time when the more advanced filtration techniques, anion are analyzed, the more detailed experimental measurement is done and differences between dedusting and sterilization of the two techniques above are contrasted too. Finally, adopt all above technique feature, a overall function and advanced technique vehicle-mounted air cleaning system design structure is proposed, in the same time, the inner structure and 3D data explosive view are provided too.

Air purification; activated carbon; anion

U461.99

A

1671-7988 (2016)12-118-03

趙南，工學碩士，講師，就職于遼寧水利職業學院，信息與電氣化系，研究方向：自動控制、檢測技術工程應用。

田鈞，工學學士，就職于華晨汽車工程研究院電氣部空調組。研究方向：整車空調系統匹配、設計、實驗。