基本信息
- 項目名稱：
- 家用太陽能可吸入顆粒物消除器
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本發(fā)明以太陽能的熱能作為驅動力，配合空氣對流散熱，實現(xiàn)以煙囪效應抽吸含顆粒物的空氣，進而以熱泳效應對其中顆粒物進行捕集。其組成主要包括太陽能集熱板、顆粒捕集板以及抽吸裙。本發(fā)明適用范圍為0.1至10μm的可吸入顆粒。在保證一定效率的基礎上，只需要極低的成本，并實現(xiàn)零耗電。
- 詳細介紹：
- 大氣是人類賴以生存的基本環(huán)境要素。但隨著工業(yè)的發(fā)展、城市人口的密集、煤炭和石油燃料的迅猛增長，大氣環(huán)境質量日趨惡化，大氣污染已經成為影響世界環(huán)境和人類身體健康的主要危害因素之一。現(xiàn)代人60％ ～80％以上的時間是在室內活動，尤其是嬰幼兒、老弱殘疾者在室內的時間更長。室內空氣中的懸浮顆粒物能夠長時間懸浮在空氣中，因此，室內懸浮顆粒物給人們的健康產生了相當不利的影響。粒徑小于1 0μm的粒子可通過呼吸進入人體的上、下呼吸道，尤其是直徑小于2.5μm的細顆粒物，可通過上、下呼吸道和支氣管到達肺部沉積，甚至可通過肺泡進入人體血液。加之隨著顆粒物粒徑的減小，細顆粒上吸附重金屬、酸性氧化物、有機污染物（如多環(huán)芳烴)等有害物質的趨勢增多，并且它還是細菌、病毒和真菌的主要載體。與源源不斷的污染形成巨大反差的是，由于可吸入顆粒物尺寸十分微小，難以與流場分離，控制和消減手段非常有限。目前國內外工業(yè)除塵的幾個方法如旋風除塵、靜電除塵、布袋除塵等，設備功耗大、難以有效捕捉微納米顆粒且難以家用化。 本發(fā)明以太陽能的熱能作為驅動力，配合空氣對流散熱，實現(xiàn)以煙囪效應抽吸含顆粒物的空氣，進而以熱泳效應對其中顆粒物進行捕集。其組成主要包括太陽能集熱板、顆粒捕集板以及抽吸裙。本發(fā)明適用范圍為0.1至10μm的可吸入顆粒。在保證一定效率的基礎上，只需要極低的成本，并實現(xiàn)零耗電。 本發(fā)明技術關鍵為集熱板、散熱板和抽吸裙的傳熱學設計及優(yōu)化。產品預計高度1-1.5米，占地面積不超過0.5平方米（或與建筑物融合），包括集熱板、顆粒捕集板及抽吸裙三個核心組成部分，運行無需電力供應，在有陽光的時候可以滿足一戶普通家庭的空氣除塵凈化需求。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 大氣是人類賴以生存的基本環(huán)境要素。但隨著現(xiàn)代化進程深入，大氣環(huán)境質量日趨惡化，大氣污染已經成為影響人類身體健康的主要危害因素之一?，F(xiàn)代人60%以上的時間是在室內活動，尤其是嬰幼兒、老弱殘疾者在室內的時間更長。室內空氣中的懸浮顆粒物能夠長時間懸浮在空氣中，因此，室內懸浮顆粒物給人們的健康產生了相當不利的影響。粒徑小于10μm的粒子可通過呼吸進入人體的上、下呼吸道，尤其是直徑小于2.5μm的細顆粒物，可通過上、下呼吸道和支氣管到達肺部沉積，甚至可通過肺泡進入人體血液。加之隨著顆粒物粒徑的減小，細顆粒上吸附重金屬、酸性氧化物、有機污染物、細菌、病毒和真菌等有害物質的趨勢增多。由于可吸入顆粒物尺寸十分微小，難以與流場分離，控制和消減手段非常有限。目前國內外工業(yè)除塵的幾個方法如旋風除塵、靜電除塵等，設備功耗大、難以有效捕捉微納米顆粒且難以家用化。 本發(fā)明以太陽能的熱能作為驅動力，配合空氣對流散熱，實現(xiàn)以煙囪效應抽吸含顆粒物的空氣，進而以熱泳效應對其中顆粒物進行捕集。其組成主要包括太陽能集熱板、顆粒捕集板以及抽吸裙。本發(fā)明適用范圍為0.1至10μm的可吸入顆粒。在保證一定效率的基礎上，只需要極低的成本，并實現(xiàn)零耗電。 本發(fā)明技術關鍵為集熱板、散熱板和抽吸裙的傳熱學設計及優(yōu)化。產品預計高度1-1.5米，占地面積不超過0.5平方米（或與建筑物融合），包括集熱板、顆粒捕集板及抽吸裙三個核心組成部分，運行無需電力供應，在有陽光的時候可以滿足一戶普通家庭的空氣除塵凈化需求。
科學性、先進性
- 目前國內外，除塵主要有以下幾個方法： ①旋風除塵器。 ②靜電除塵器。 ③布袋除塵器。 ④蒸汽噴淋除塵。 ⑤上述方法兩種或兩種以上的組合。 總的來說，以上方法對超細顆粒的消除效果不好，同時耗能比較大。比如旋風和布袋除塵器有比較大的壓阻，需要增壓設備，而靜電除塵器需要消耗電能。與此同時，許多公司都推出了不同類型的空氣凈化設備，其市場定位大多在于家用可吸入顆粒物、細菌以及有害氣體的消除。它們的共同特點是耗能大且成本高昂。 本發(fā)明以太陽能光熱轉換作為熱源，輔助利用空氣對流散熱產生溫差，結構極其簡單，制作成本低廉。用熱泳效應進行可吸入顆粒物的清除，理論上已經有扎實的基礎，雖然長久以來應用設想很多，但是將其與太陽能熱利用相結合尚屬首例，此為本發(fā)明的創(chuàng)新點所在。更重要的是，此裝置為零耗能運行，充分體現(xiàn)了綠色環(huán)保和節(jié)能減排的精神，在一定程度上能夠解決現(xiàn)在日益嚴重的可吸入顆粒物污染問題，具有很深的推廣潛力和巨大的商業(yè)價值。
獲獎情況及鑒定結果
- 2010年5月，北京大學第十八屆挑戰(zhàn)杯科學競賽一等獎 2010年11月，全國學聯(lián)大學生科技作品展
作品所處階段
- 實驗室階段完成，小范圍中試
技術轉讓方式
- 專利申請
作品可展示的形式
- 實物、產品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 本作品使用時只需置于陽光下，無需其他額外能源供應，它零耗能，充分體現(xiàn)了綠色環(huán)保和節(jié)能減排的精神，并且目的是為家庭生活帶來潔凈健康的空氣。IV（高智發(fā)明）的一份市場調研報告中提到，2011年室內空氣凈化市場預計達到104億美元。目前國際上對于可吸入顆粒物消減的技術研究均處于起步階段，尚有大量未解決難點。開發(fā)高效低耗，可以規(guī)模化應用的可吸入顆粒消減技術迫在眉睫，相關成果毫無疑問帶來巨大的社會效益和經濟效益。本作品正處于設計雛形期，已經在試驗中取得了不錯的效果，鑒于其簡單的結構和低廉的價格，改進和優(yōu)化前景巨大，同時也可應用于工廠中的大型除塵設備，因此其經濟效益及市場前景非常明朗。
同類課題研究水平概述
- 大多數(shù)國家都規(guī)定了空氣中PM10的質量標準，美國國家環(huán)保局EPA于1985年將原始顆粒物指示物質由總懸浮顆粒物（TSP）項目修改為PM10，我國也于1996年規(guī)定了PM10的二級質量標準為100μg/m3（GB 16297-1996標準）。隨著認識的發(fā)展，美國環(huán)保局在1997年再一次修改美國國家大氣質量標準，規(guī)定了PM2.5的最高限制值，以降低這些微細顆粒物對人體健康和環(huán)境的影響。我國目前仍沿用GB 16297-1996標準。 在此背景下，從環(huán)境保護角度考慮，政府需要推動新的排放標準，鼓勵和強制企業(yè)和集體減少顆粒物的排放。因此，如何消除可吸入顆粒物就成為了我們關注的重點。目前國內外，工廠尤其是火電廠除塵主要有以下幾個方法： ⑥ 旋風除塵器：利用大灰塵的慣性和離心力去除大顆粒。 ⑦ 靜電除塵器：利用靜電場吸附顆粒。 ⑧ 布袋除塵器：利用纖維織物過濾顆粒。 ⑨ 蒸汽噴淋除塵：在噴淋塔中造成水霧和增加濕度使其沉降。 ⑩ 上述方法兩種或兩種以上的組合。 以上顆粒物的消除方法有他們各自的缺陷，總的來說，其共同問題在于對超細顆粒（粒徑小于1μm）的消除效果不好，同時，耗能比較大。比如旋風和布袋除塵器有比較大的壓阻，需要增壓設備，而靜電除塵器需要消耗電能。 熱泳效應是流體中懸浮顆粒在溫度場中的一種運動現(xiàn)象，利用熱泳效應可以在一定效果上消除可吸入顆粒物。王世超等研究了可吸入顆粒物在不同溫度差下的運動特性，得到了顆粒物運動與溫度梯度的關系。周濤等做了大量有關各型通道消除可吸入顆粒物的技術研究，得到了各種通道在不同熱工況下消除效果等重要研究成果。Changfu You等研究了靜電消除與熱泳消除相結合的可吸入顆粒物消除方法，并取得了不錯的結果。 然而上述研究依然僅限于利用外界能量提供熱源的熱泳消除技術研究。利用太陽能熱效應與熱泳相結合的可吸入顆粒物消除技術尚未出現(xiàn)。本研究基于已有的研究資料，設計并制造了利用太陽能產生熱泳效應的可吸入顆粒物消除器，并將其實用化、家用化，同時利用CFD計算模擬了顆粒在溫度場中的運動情況，并對對作品進行了優(yōu)化和改進。最后，作品在熱泳消除模塊的基礎上添加了抽吸裙，輔助增強空氣流場運動，使作品更加實用。
