基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置

1.本发明属于空气净化领域，具体涉及一种基于电磁吸附的空气净化装置。


背景技术：

2.地铁车站由于相对封闭、空气流通受限、污染来源复杂，导致空气污染严重，影响地铁工作人员以及乘客的身体健康。多项关于城市地铁系统的研究表明，地铁车站颗粒物中含铁化合物（例如， fe3o4，α
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fe2o3和γ
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fe2o3）的质量占颗粒物总质量可达到75-85%，其中fe3o4的含量占比甚至可达到60-70%。有学者专门针对地铁环境中颗粒物的健康危害开展毒理学研究，结果表明与地面颗粒物相比，地铁环境中颗粒物对人类健康的危害更大。因此，亟需针对地铁车站公共区金属颗粒物污染进行控制，降低金属颗粒物浓度，保护人民身体健康。
3.目前我国地铁车站一般采用在空调系统中加装粗效过滤器或者粗效过滤器+中效过滤器的组合过滤方式，对通过空调系统进入公共区的新风或新风+回风进行过滤，现有的净化措施存在以下问题：（1）现有的净化措施仅对经空调系统进入站内的空气进行过滤，而由于地铁列车频繁进、出站，导致车站内存在大量无组织气流流动，目前尚无针对该部分空气的净化措施，进而导致地铁站内高浓度的重金属颗粒物污染。
4.（2）现有的过滤器所使用的滤芯存在过滤颗粒物无针对性、不能有效去除金属颗粒物的问题，并且还存在滤芯过滤效率低、积尘快、难以清洁、使用寿命短的问题，导致车站空调系统的运行维护成本高昂。


技术实现要素：

5.本发明为了解决现有技术中所存在的上述技术问题，基于地铁车站内含铁颗粒物含量高且具有强磁性的特征，设计的一种基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置，该空气净化装置能够有效降低地铁车站金属颗粒物浓度，保护乘客和地铁工作人员的身体健康，同时其可实现一键清洁、可反复使用。
6.本发明的具体方案如下：基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置，包括反转风扇单元、粗效过滤单元，其特征在于，还包括电磁过滤单元，电磁过滤单元设置于反转风扇单元和粗效过滤单元之间；所述电磁过滤单元包括滤芯和线圈，所述滤芯包括滤芯骨架和滤网，所述滤网由软磁材料制成。
7.进一步地，所述滤网分层设置于所述滤芯骨架上。
8.进一步地，所述滤网采用平纹编织。
9.进一步地，所述滤芯呈倒圆台型。
10.进一步地，所述滤网由坡莫合金制成。
11.进一步地，还包括旋转离心单元，所述旋转离心单元包括底盘、旋转平台和旋转平
台驱动机构，旋转平台与滤芯连接。
12.进一步地，所述反转风扇单元包括风扇、顶部风口和风扇电机，所述风扇安装于顶部风口内。
13.进一步地，粗效过滤单元包括底部风口和粗效过滤网，粗效过滤网设置于底部风口内。
14.进一步地，还包括集尘底盘，底部风口和粗效过滤器设置于集尘底盘的上方。
15.进一步地，还包括与旋转离心单元和电磁过滤单元相联动的定时系统。
16.本发明具有以下有益效果：(1)针对性改善地铁空气质量。地铁列车频繁进、出站，导致列车车轮与轨道、接触网、制动片等多个部位发生摩擦与金属磨损，产生大量具有铁磁性的含铁颗粒物。该净化装置通过设置电磁过滤单元，利用电磁效应原理，通过给线圈通电，使得滤芯中产生高梯度磁场，空气中的铁磁性颗粒物经过滤芯会被吸附，进而可以针对性的去除地铁车站内空气中的高浓度含铁颗粒物，显著改善地铁空气质量，保护乘客及地铁工作人员的身体健康。
17.(2)节能减排，无二次污染。采用高磁导率的坡莫合金作为滤芯材料，在小电流下仍具备较高磁化强度，节约能源，且对空气无电离作用，不产生臭氧等有害副产物，更加环保。
18.(3)自清洁滤芯，可重复使用。引入旋转离心单元和自动反转风扇实现滤芯自清洁，使得滤芯无需进行大规模拆卸就可实现清洁，操作方便；滤芯材质寿命长，可重复使用，耗材成本低。
19.(4)运行维护成本低。相对于目前市场上主流的滤芯，其利用按键即可实现滤芯自动清洁，再由地铁保洁人员清扫颗粒物，无需寻找专业人士进行滤芯更换与清洁，人工成本较低。
附图说明
20.图1为本发明的地铁车站用空气净化装置的立体图；图2为本发明的地铁车站用空气净化装置的剖视图；图3为本发明的滤芯的结构示意图一；图4为本发明的滤芯的结构示意图二；图5为本发明的滤网的结构示意；图6为本发明的集尘底盘的结构示意图；图7为本发明的底部风口的结构示意图；图8为本发明的粗效过滤网的结构示意图；图9为本发明的旋转离心单元的结构示意图；图10为本发明的过滤模式工作原理图；图11为本发明的清洁模式工作原理图；其中，1-反转风扇单元、11-风扇、12-顶部风口、13-卡槽、14-风扇电机、2-电磁过滤单元、3-粗效过滤单元、31-底部风口、32初效过滤网、4-旋转离心单元、41-底盘、42-旋转平台、43-电机、44-蜗轮、45-蜗杆、5-滤芯、51滤芯骨架、52滤网、6线圈、7-集尘盘。
具体实施方式
21.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例1如图1-2所示，本发明的基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置包括反转风扇单元1、粗效过滤单元3和电磁过滤单元2，电磁过滤单元2设置于反转风扇单元1和粗效过滤单元3之间。反转风扇单元1用于实现进风和送风，粗效过滤单元3用于过滤大粒径的颗粒物，实现初步过滤，电磁过滤单元2用于对经过粗效过滤器初步过滤的空气进行进一步过滤，以去除含铁颗粒物。
25.如图3-5所示，所述电磁过滤单元2包括滤芯5、线圈6和外筒，通过给线圈6通电使得滤芯5中产生高梯度磁场，进而实现含铁颗粒物的电磁吸附。滤芯5和线圈6均设置于外筒内，线圈6套设于滤芯5外部。其中，滤芯5为电磁过滤单元的主体结构，滤芯5包括滤芯骨架51和滤网52，所述滤网52由磁性材料制成，优选地，所述滤网52由软磁材料制成，进一步优选地，所述滤网52由坡莫合金制成，滤网52的填充材料采用坡莫合金，具有高导磁性易于磁化的特点，可利用外部线圈通电，将其磁化，使滤芯内部形成高梯度磁场，因此无需通入较大电流即可达到较高的磁场强度，节能效益良好。
26.所述滤网52分层设置于所述滤芯骨架51上，滤网52采用多层网状结构进行排列，每层滤网52采用平纹编织，整体垂直于磁场方向，实现磁场梯度的最大化，滤网编织细节如图5所示。而且，由于磁性材料的强吸附作用，滤网网眼尺寸可远大于过滤物颗粒尺寸，进而使得风扇能耗较低，单位时间内可过滤更多气体，过滤效率得以进一步提升。
27.在一种优选实施方式中，所述滤芯5呈倒圆台型。滤芯5的整体形状采用倒圆台型，与空气接触面积最大化，可进一步提高过滤效率。
28.本发明通过设置电磁过滤单元2，将电磁吸附应用于地铁站的空气过滤，电磁过滤单元2对空气中的磁性污染物更为敏感，经调研，地铁空气中可吸入颗粒物的主要成分之一
为含铁氧化物，其大都具有磁性，且颗粒粒径较小，常规方式不易过滤，因此电磁过滤单元2的设计在地铁过滤系统中具有很大的应用前景。并且，与永磁铁吸附相比，电磁吸附可通过改变电流方向进行消磁，使得被捕获颗粒物与滤芯易于分离，为清洁功能提供保障。与目前地铁车站应用较多的静电式过滤装置相比，作为滤网材料的坡莫合金达到一定磁场强度时所需电流较小，不会使空气电离产生臭氧，利用电磁吸附设计的实用新型更具环保性。
29.实施例2在实施例1的基础上，所述基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置还包括旋转离心单元4，如图9所示，所述旋转离心单元4包括底盘41、旋转平台42和旋转平台驱动机构，旋转平台42与滤芯5通过卡扣进行连接，旋转平台驱动机构带动旋转平台42旋转，进而使滤芯5进行旋转离心。旋转离心单元主要功能是利用旋转离心的方式，实现滤芯的清洁。在清洁模式下，启动电机，带动滤芯旋转，利用离心力使得吸附在滤芯上面的颗粒物掉落。
30.在本实施例中旋转平台驱动机构包括电机43、蜗轮44和蜗杆45，旋转平台42上设有蜗轮44，旋转平台一侧设置有蜗杆45，蜗杆45转动支撑于底部风口31上或转动支撑于底盘41上，蜗杆45的一端连接有电机43，蜗轮与蜗杆45相啮合，电机43驱动蜗杆45进行旋转，带动旋转平台42绕蜗轮44轴线旋转，进而使滤芯5进行旋转离心。当然，也可以采用其它可替代的方式驱动旋转平台42旋转。
31.进一步地，如图1-2所示，反转风扇单元1包括风扇11、顶部风口12和风扇电机14，风扇11设置于顶部风口12内，反转风扇单元1用于利用压差实现空气在实用新型中的流动，其中内部固定安装的风扇11由风扇电机14带动其正反旋转。在正转过滤时，电路控制器收到外部控制信号控制步进电机带动正反转风扇进行正转，实用新型顶部送风，底部360
°
进风，在压力差作用下外界空气由下至上进入滤芯进行磁吸净化。在反转清理时，风扇电机14带动正反转风扇进行反转，顶部进风，空气通过滤芯，最后从底部风口排出。在磁性消失的情况下，正反转风扇反转吹风可以将吸附在滤芯上聚集的金属颗粒、灰尘颗粒等吹掉，从而达到滤芯清洁的目的。
32.优选地，顶部风口12底端设置有卡槽13，顶部风口12通过卡槽13与电磁过滤单元2的外筒卡接。
33.在本实施例中，通过反转风扇单元1和旋转离心单元4的配合可实现过滤模式和清洁模式两种模式；过滤模式下，电磁过滤单元2通电，反转风扇正向转动，旋转离心单元4不工作；清洁模式下，电磁过滤单元2不通电，反转风扇反向转动，旋转离心单元4转动工作。
34.进一步地，如图2所示，粗效过滤单元3包括底部风口31和粗效过滤网32，粗效过滤网设置于底部风口31内。在一种优选实施方式时，底部风口31如图8示，是由两个半圆筒状网格拼接而成，中间通过卡扣连接，在清洁模式运行完毕后，可通过卡扣进行拆卸，从而对掉落在底盘的颗粒物进行清理；粗效过滤网32与底部风口31紧邻，如图7所示，粗效过滤网32结构与底部风口32相似，可进行拆卸，主要功能是初步过滤掉空气中粒径较大的颗粒物。
35.进一步地，还包括集尘底盘7，集尘底盘7的结构如图6所示。底部风口31和粗效过滤器32设置于集尘底盘7的上方，集尘底盘7用于收集掉落的颗粒物。
36.实施例3：在实施例2的基础上，本发明还配有定时系统，其安装于反转风扇单元，同时与旋转离心单元和电磁过滤单元相联动。在列车运行时段，控制电磁过滤单元开启，同时控制风
扇电机带动反转风扇进行正转，对外界空气进行过滤清洁，并且可根据颗粒物浓度控制反转风扇转速，颗粒物浓度大时采用高风扇转速，颗粒物浓度较低时风扇保持较低转速运行。在列车停止运行时刻，控制旋转离心单元和电磁过滤单元开启，同时控制步进电机带动正反转风扇进行反转，对滤芯进行自清洁，时长为15-20分钟。
37.本发明的工作原理如下：在过滤模式下，气流方向如图10所示，线圈通电，滤芯中产生磁场，定时自动反转风扇启动，风扇通过顶部风口向外送风，空气由于压差从底部风口360
°
进风，其中带有磁性的含铁颗粒物被滤芯中的磁场所吸附，剩下的清洁空气由顶部风口送出。
38.在清洁模式下，气流方向如图11，线圈断电，旋转离心单元运行，带动滤芯旋转。同时定时自动反转风扇反向向内送风，空气从顶部风口进风，通过滤芯，使得断电后没有掉落的颗粒物被带走，最后气流从底部风口送出。运行时刻滤芯吸附的颗粒物在断电后，大部分会掉落在收集单元，一部分颗粒物由于离心作用以及气流作用会掉落在收集单元或是随着气流排出，最后在地面沉降。其中收集单元可进行拆卸，因此只需对收集单元及附近地面进行清扫即可完成滤芯的清洁。每日地铁车站停止运营后，开启清洁模式，持续时间15-20分钟。
39.实际应用中，每天车站运营时段，开启过滤模式，线圈通电，地铁车站内空气从底部风口由风机吸入，经滤芯过滤后由顶部风口排出。夜间车站停止运营时段，过滤模式关闭，线圈断电， 30分钟后开启清洁模式，滤芯底部旋转离心单元运行，带动滤芯旋转，同时顶部风扇自动反转，空气自顶部风口进入过滤装置，通过滤芯后由底部风口排出。运行时刻滤芯吸附的颗粒物在运行清洁模式后一部分掉落在收集单元，一部分随着气流排出，最后在地面沉降，在第二天清晨由车站清洁人员完成积尘清理。线圈断电，滤芯中的磁场逐渐消失，一部分吸附在滤芯上含铁颗粒物由于重力就会掉落在集尘盘中，同时开启旋转离心单元和反转风扇单元，由于离心力吸附在滤芯上的颗粒物会被甩出，再由反转风扇单元反向送风，使得被甩出的颗粒物随着气流排出，由此滤芯就完成自动清洁再生，进而实现滤芯高效重复利用。
40.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置，包括反转风扇单元（1）、粗效过滤单元（3），其特征在于，还包括电磁过滤单元（2），电磁过滤单元（2）设置于反转风扇单元（1）和粗效过滤单元（3）之间；所述电磁过滤单元（2）包括滤芯（5）和线圈（6），所述滤芯（5）包括滤芯骨架（51）和滤网（52），所述滤网（52）由软磁材料制成。2.根据权利要求1所述的基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置，其特征在于，所述滤网（52）分层设置于所述滤芯骨架（51）上。3.根据权利要求2所述的基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置，其特征在于，所述滤网（52）采用平纹编织。4.根据权利要求1任一项所述的基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置，其特征在于，所述滤芯（5）呈倒圆台型。5.根据权利要求1所述的基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置，其特征在于，所述滤网（52）由坡莫合金制成。6.根据权利要求1-5任一项所述的基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置，其特征在于，还包括旋转离心单元（4），所述旋转离心单元（4）包括底盘（41）、旋转平台（42）和旋转平台驱动机构，旋转平台（42）与滤芯（5）连接。7.根据权利要求1-5任一项所述的基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置，其特征在于，所述反转风扇单元（1）包括风扇（11）、顶部风口（12）和风扇电机（14），所述风扇（11）安装于顶部风口（12）内。8.根据权利要求1-5任一项所述的基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置，其特征在于，粗效过滤单元（3）包括底部风口（31）和粗效过滤网（32），粗效过滤网（32）设置于底部风口（31）内。9.根据权利要求8任一项所述的基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置，其特征在于，还包括集尘底盘（7），底部风口（31）和粗效过滤器（32）设置于集尘底盘（7）的上方。10.根据权利要求6所述的基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置，其特征在于，还包括与旋转离心单元（4）和电磁过滤单元（2）相联动的定时系统。

技术总结
本发明涉及空气净化领域，具体涉及一种基于电磁吸附的地铁车站用空气净化装置，包括反转风扇单元、粗效过滤单元和电磁过滤单元，电磁过滤单元设置于反转风扇单元和粗效过滤单元之间；所述电磁过滤单元包括滤芯和线圈，滤芯包括滤芯骨架和滤网，所述滤网由软磁材料制成。本发明通过设置电磁过滤单元，利用电磁效应原理，通过给线圈通电，使得滤芯中产生高梯度磁场，空气中的铁磁性颗粒物经过滤芯会被吸附，进而可以针对性的去除地铁车站内空气中的高浓度含铁颗粒物，显著改善地铁空气质量，保护乘客及地铁工作人员的身体健康。护乘客及地铁工作人员的身体健康。护乘客及地铁工作人员的身体健康。


技术研发人员：纪文静 王燕婷 王建博 庄紫茵 曾俊杰 彭致远
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/14