一種內嵌在鋁木復合門窗中的微型空氣凈化器

山東科技大學 山東 泰安 271099

一、研發背景

在60年代至70年代，人們僅關心室內的溫濕度和風速因素。今天，空氣質量則成為主要的考慮因素。國民健康意識被不斷喚醒，居民消費水平提高。科技在不斷的進步，空氣凈化器在形態技術和使用方式上也有了巨大的變化。隨著空氣質量的日益惡化，空氣凈化器和新風系統在家庭應用中越來越普及。普通空氣凈化器的原理是將室內的空氣循環凈化，需要將門窗密閉才能取得較好的凈化效果。但是這種工作模式下長時間凈化會導致室內含氧量降低，同樣會一定程度影響人們身體健康。當人們定期換氣，需要頻繁打開窗戶，此時霧霾進入室內，空氣凈化器又需要工作一段時間才能將空氣凈化，凈化效率低，十分不方便使用。隨著日益變化的空氣質量，單一的凈化方式不能完全凈化空氣，在凈化技術上，需要尋找新的技術，在供能上考慮新能源，使其能夠更加節能。

空氣凈化器開發，國內外都有研究，并已開發出很多相關的產品。全球各大公司結合亞洲市場需求流通的特點，加大在我國及周邊地區生產的比例。國外空氣凈化器產品的發展經歷了從最初出現的空氣加濕器到濾網式空氣凈化器，然后增加了靜電除塵、負離子發生器有滅菌功能的復合式。同時，我國空氣凈化器企業以及家電企業相繼推出的凈化器新品，也成為行業中的主要力量。現存的一種室外空氣凈化器，基本達到不開窗戶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存在不足之處，一是其僅僅對室內空氣進行凈化，并未對排出室外的空氣進行凈化，導致無法達到整體凈化的目的；二是過濾芯不便于清理，使用一段時間后凈化效果下降；三是不適合安裝在窗體上，需要額外開洞，影響墻體結構和美觀。

我國室內環保產業發展十余年來，經歷奧運會和世博會等全球重大活動的檢驗，基本形成了以空氣凈化器、新風機、凈化材料、凈化治理的產業鏈發展體系。"十一五"期間全國空氣凈化器和室內環納環保產業平均利潤率達到28%，空氣凈化器銷售額年均增速居住的品質要求越來越高。

二、產品介紹

我們團隊研發的新型鋁木門窗空氣凈化器，是一種可以內嵌在鋁木復合門窗中的微型空氣凈化器。本新型鋁木復合門窗空氣凈化器的目的在于克服現有技術中存在的凈化效率低、難以清潔等問題，達到無須額外在墻體開洞即可吸入新鮮換氣的效果。室外空氣凈化器通過一吸一排，室內外的空氣通過空氣入口進入空氣進化模塊，經三通管進入活性炭過濾芯，進行污物的吸附與凈化，凈化后的空氣通過模塊上方的出口放入室內，實現室外空氣通過凈化成新鮮空氣吸入室內，在室內的循環流動，達到不開窗戶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。

這種新型鋁木復合門窗與傳統的墻壁式空氣凈化器相比，具有免開洞，能耗低，價格實惠，凈化效果好。空氣凈化模塊可拆卸清理，便于定期更換過濾芯和蓄電池，使用方便。因其便于拆卸清理的優點，非常適合于中低收入家庭使用。

三、產品主要功能

1.空氣凈化模塊采用嵌入式方式設置在鋁木復合門窗，無需額外在墻體開洞，達到不開窗戶吸入新鮮換氣；

2.新型鋁木復合門窗中的空氣凈化器通過一吸一排，利用活性炭及其他凈化材料完成室內與室外空氣的流通，實現室外空氣通過凈化成新鮮空氣吸入室內，在室內的循環流動，達到不開窗戶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降低室內含氧量的基礎上，進行持續換氣工作，解決了因含氧量降低而對人體產生傷害的情況。

四、產品創新點及特色

1.本實用新型結構設計新穎，空氣凈化模塊采用嵌入式方式設置在鋁木復合門窗，不需要在墻體上開洞；

2.本空氣凈化器利用活性炭及其他凈化材料進行凈化，不僅對室內空氣起凈化作用，對排出室外的空氣也進行凈化，達到整體凈化的目的，保護環境；

3.空氣凈化器體型小巧，節省了占地空間。

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

5.本產品可以解決老式空氣凈化器因只能使用在封閉空間內，導致空氣含氧量降低而對人體造成傷害的問題，同時也解決了定期換氣時打開窗戶，霧霾進入室內空氣凈化器又需要工作一段時間才能將空氣凈化，凈化效率低，十分不方便的問題。

五、產品結構設計

5.1 結構組成 新型鋁木復合門窗中的空氣凈化器，由對開式的鋁木復合門窗，空氣凈化模塊組成。其結構示意圖如圖1-1所示。

圖1-1 鋁木復合門窗中的空氣凈化模塊的結構示意圖

下面將結合圖1-1，對本產品中的技術方案進行清楚、完整地描述。

本產品為一種安裝在鋁木復合門窗中的空氣凈化器，包括對開式的鋁木復合門窗1，鋁木復合門窗1靠近合頁的框板2中嵌入有空氣凈化模塊3。

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

分離塊306中裝設有連通管307，當分離塊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的內部設有若干交錯分布的過濾芯308。過濾芯308為活性炭濾芯，外殼為鏤空板，內部的活性炭顆粒用網體圍住并限制在鏤空板內。

分離塊306位于連通管301的外部靠近室內設有蓄電池309，當分離塊306與空氣凈化模塊3卡合固定后，蓄電池309與引風扇304電性連接。蓄電池309與引風扇304之間設有電池開關，電池開關的按鈕設置在分離塊306的室內側面上。引風扇304的電極柱端設置在卡槽側壁上，蓄電池309的供電線纜上接有電池開關，其作為輸出端的電極柱端也設置在分離塊306的側壁上，通過電極柱端之間的壓接實現電性連接，具體壓接時可設置簧片結構來彈性壓接。

分離塊306的兩端通過固定螺釘314與空氣凈化模塊3卡合固定，分離塊306的頂部向下開設有定位槽313。

連通管307通過卡接或螺接方式固定在分離塊306中。連通管307中的過濾芯308相互之間形成折流通道，設置折流通道為了降低風阻，實現正常的通風凈化。

5.2 工作原理 空氣凈化模塊的底部設置有三通管，其三個端部分別設有室內空氣入口、室外空氣入口和引風扇，引風扇的上方設置第一連接直管、分離塊、第二連接直管、弧形管，弧形管的外端設有凈化空氣出口；分離塊中裝設有連通管，當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，連通管的內部設有若干交錯分布的過濾芯；分離塊位于連通管的外部靠近室內設有蓄電池，當分離塊與空氣凈化模塊卡合固定后，蓄電池與引風扇電性連接，分離塊的兩端通過固定螺釘與空氣凈化模塊卡合固定，分離塊的頂部向下開設有定位槽。連通管通過卡接或螺接方式固定在分離塊中。連通管中的過濾芯相互之間形成折流通道。過濾芯為活性炭濾芯，外殼為鏤空板，內部的活性炭顆粒用網體圍住并限制在鏤空板內。蓄電池與引風扇之間設有電池開關，電池開關的按鈕設置在分離塊的室內側面上。

室內外的空氣通過空氣入口進入空氣進化模塊，經三通管進入活性炭過濾芯，進行污物的吸附與凈化，凈化后的空氣通過模塊上方的出口放入室內，起到了空氣凈化的效果。

六、產品組成部件的選擇

6.1 三通管件 三通又稱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。可以按管徑大小分類。金屬材質三通管具有主管和在主管一側垂直于主管并與主管連通設置的支管，在主管出口方向與支管出口方向交匯拐角處設置閥門，閥門上設置圓形閥片，閥片在管腔關閉狀態為與管腔內壁相互密封的結構。本設計簡化了管路設置，節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。本設計除具有傳統三通管的作用外，同時起到雙工位閥門的作用，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。這樣的設計保證了只對室內或室外空氣或同時對室內外空氣凈化的目的，實現了功能模塊的分區。

6.2 引風扇及蓄電池 分離塊位于連通管的外部靠近室內設有蓄電池，當分離塊與空氣凈化模塊卡合固定后，蓄電池與引風扇電性連接。蓄電池與引風扇之間設有電池開關，電池開關的按鈕設置在分離塊的室內側面上。引風扇的電極柱端設置在卡槽側壁上，蓄電池的供電線纜上接有電池開關，其作為輸出端的電極柱端也設置在分離塊的側壁上，通過電極柱端之間的壓接實現電性連接，具體壓接時可設置簧片結構來、彈性壓接。使用此類材料時，電池能夠比常用的石墨陽極電池多存儲3倍的能量。金屬陽極是相對容易制造的無機化合物，但是在電池充電/放電的過程中，其具有磨損快和體積變化大的缺點。

6.3 過濾芯 連通管的內部設有若干交錯分布的過濾芯。過濾芯為活性炭濾芯，外殼為鏤空板，內部的活性炭顆粒用網體圍住并限制在鏤空板內。空氣凈化活性碳是一種國際公認的高效吸附材料。活性碳是一種多孔的含碳物質，其發達的空隙結構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，活性碳孔周圍強大的吸附力場會立即將有毒氣體分子吸入孔內，所以活性碳具有極強的吸附能力也是去除氣態污染物的主要技術。活性炭吸附技術主要分為兩類：物理吸附和化學吸附。

七、產品服務的改進與創新

7.1 產品存在的不足之處

(1)本產品采用蓄電池帶動引風扇進行工作，雖可以大幅度的進行室內外空氣的流通與交換，但電池能量的消耗也不容小覷，如何進行電池電量的充分利用以及對于電池內部結構以及材料改進，是產品改進需要注意的一個問題。

(2)本產品中的過濾芯采用活性炭結構，活性炭凈化器具有除塵除臭功能，也可以凈化空氣，但是由于存在吸附飽和問題，容易產生效果衰減。不能通過物理、化學、生物反應將甲醛、苯等有害物質分解，以達到凈化空氣的目的，。需定期更換因此會不斷產生費用。

(3)本產品采用空氣凈化模塊，雖然方便了過濾芯的更換，但多次更換會帶來凈化塊與周圍嚙合點破損問題，增大更換的費用。

(4)部分直徑十分微小的雜質顆粒可能會通過過濾芯直接到達室內，凈化效果無法達到百分之百。

7.2 產品的升級與改進

1.對于供電電池的改進：可以考慮采用新型節能環保蓄電池，該電池可多次充電，且儲存電量能力為普通蓄電池的3倍，此改進能夠最大程度的降低電池所帶來的環境污染。

2.對于活性炭吸附問題：采用多層過濾方式，第一層為活性炭層，第二層為HEPA層，第三層為負離子發生層，此改進能夠對空氣進行多次清新且減少了活性碳層的工作壓力，更換了過濾芯的更換次數。

3.對于空氣凈化塊的更換問題：在空氣凈化塊的側面與整體空氣凈化器的接觸面上增加滑槽機構，此改進既能使凈化塊精準定位，也減少了空氣凈化塊的磨損

4.本產品憑借自身體積小，安裝方便的優勢，可內嵌在各種房屋門窗中，通過對產品結構的不斷更新，將空氣凈化器與更多樣式的家具進行結合。

5.對于凈化效果的問題：在保證活性炭吸附的效果下，加入其他凈化材料，利用其物理或化學特性對直徑微小的顆粒進行吸附。反復試驗，尋找到最合適的材料。