一种纤维滤材声场耦合模块及空气过滤装置

本技术涉及空气净化装置，特别涉及一种声场与纤维滤料耦合作用的过滤装置。

背景技术：

1、纤维过滤器过滤是从空气中去除微米和亚微米颗粒物的主流方法，与其他机械分离净化技术、静电净化技术、复合式净化技术相比，具有方便安装、高效且成本效益高的优点，广泛应用于空气净化系统。纤维过滤器去除颗粒的机制取决于布朗扩散、惯性撞击和拦截，此外，还可以考虑另一种机制，例如静电力。但是，高效过滤器的实际使用过程中，存在过滤效率低、使用寿命短、更换成本高、过滤阻力大等突出问题。

2、公开号为cn210729030u，发明名称为：“一种声电耦合细颗粒物脱除装置”的中国专利，包括放电凝并区、惯性沉降区、气溶胶收尘区、惯性收尘区和声电耦合团聚收尘区,声波发生器用于发出声场，板电板为颗粒物提供电荷，从而增强颗粒的荷电效果，线电极和芒刺线电极的设置用于产生电场,此发明通过声场和电场的协同作用，从而达到对细颗粒物的荷电、凝并和捕集，但是此发明有着结构复杂，制造成本较高、维护难度大、大声场和电场的协同效果受限等缺点。

3、公开号为cn207614530u，发明名称为：“一种声场增强的气体聚结分离过滤器”的中国专利，这种过滤器包括过滤器主体、滤芯和多个声波输出器等。通过声波输出器产生的声波形成均匀声场，这些声波引导被污染的颗粒物向滤芯表面已经沉积的静止颗粒靠近，而不是滤芯的孔隙，这样有效降低了滤芯内部孔隙被污染物颗粒堵塞的速度。然而，该发明专利仅关注声波对污染物颗粒的作用，并未充分考虑声波对过滤材料的影响及其潜在的优化效果，且设备复杂需要更高的设计和维护成本等问题。

4、公开号cn112791552a，实用新型名称为：“用于空气过滤装置的滤材极化模块及空气过滤装置”，提供了一种滤材极化模块过滤技术，利用滤材在高压静电下极化，提高颗粒物的纤维过滤效率，虽然有效避免了高压静电击穿及臭氧等问题，但是对高油性颗粒物的净化，仍然具有颗粒物表面电荷聚集产生放电、高压静电局部电火花等安全隐患，此外，该技术面临对于现有净化系统中纤维过滤模块改造复杂的问题。

5、公开号de10321921a1，实用新型名称为“staubsauger mit einer utraschall

6、-reinigungsvorrichtung für keramikfilter”，利用超声波振子的振动，并通过接触传导到陶瓷滤芯中，从而清洁陶瓷滤芯的沉积颗粒，以保持吸尘器陶瓷过滤器的性能，同时减少维护需求和延长设备的使用寿命，着重点在于超声波的振动清洁功能，但是超声波振子是靠自身产生的振动并在固体中传导，存在工作时间短以及发热的问题，无法长时间工作，仅能实现对陶瓷滤芯内部沉积颗粒短时间的振动清洁功能。

7、公开号cn2825074y，实用新型名称为“带清灰装置的超高温袋式除尘器”，在超高温袋式除尘器箱体顶部安装声波振动清灰装置，利用声波震动产生的共振破坏粉尘层，从而实现高效清灰，此实用新型主要着重于共振清灰，并没有联系起声波对过滤效率的影响。

8、公开号ep1503844a1，实用新型名称为“modulated acoustic agglomerationsystem and method”，向流体施加调制的声场，通过频率、振幅或两者的组合调制，促进颗粒碰撞和团聚，但此实用新型仅通过声场团聚颗粒后过滤，没有联系到声场对过滤材料的影响。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种纤维滤材声场耦合模块及空气过滤装置，该装置利用声场与纤维滤料的耦合作用，通过声波分别作用于颗粒物和纤维滤料，实现过滤、自清洁与性能优化的多重功能，提高过滤效率、减少设备维护频率、降低通风系统全年运行能耗,并能够更好地应对微小颗粒的过滤需求。

2、本实用新型为实现上述目的，采取以下技术方案：

3、本实用新型的一种纤维滤材声场耦合模块，包括框架支撑结构以及扬声器，在所述的框架支撑结构上固定有纤维滤料，所述的扬声器通过音频线与功率放大器相连，功率放大器的信号输入端与信号发生器连接，所述的信号发生器用于控制扬声器的启停和声频声压的大小，所述纤维滤料设置在位于所述扬声器有效声场作用范围内。

4、本实用新型的一种空气过滤装置，包括安装在所述的通风管道内且与通风管道横截面形状吻合的框架支撑结构，所述的框架支撑结构的圆周外壁与通风管道内壁固定相连，在所述的框架支撑结构上固定有纤维滤料，沿进风的流动方向，所述的纤维滤料位于通风管道内进风口的后方，在所述的通风管道的外壁上固定有扬声器，所述的扬声器通过音频线与功率放大器相连，所述纤维滤料设置在位于所述扬声器有效声场作用范围内，在通风管道的出风口处安装有引风机。

5、本实用新型的优点是：

6、本实用新型利用扬声器、信号模拟器以及功率放大器共同合组成声波发生系统，声波发生系统与纤维之间为非接触。扬声器产生的声波引起净化管道中所有空气的振动，空气中的颗粒物和纤维滤料产生共振和振动效应，使得颗粒物和纤维振动，增大接触撞击概率，提高过滤效率。声波还可以提高过滤介质中的流体渗透性，声波的振动能改善流体在纤维滤料中的流动状态，从而减小空气流经纤维滤料时的压力损失，提升系统的通透性。此外，声波发生系统能够持续长时间产生声波并在空气中传播，长期有效提高纤维及过滤系统的效率。

7、同时，在声波的辅助下，可以促使微小颗粒物相互碰撞，即小颗粒物在声波振动的作用下更容易相互碰撞并聚集成较大的颗粒。这种凝并效应不仅提高了颗粒捕获的效率，而且降低了过滤装置的维护需求；纤维滤料还具有结构性强、较低的空气流动阻力、可清洗重复使用等特点。本实用新型的过滤装置可以独立作为一个净化模块，灵活安装于各种空气净化系统中，或者作为现有净化系统的升级组件进行集成应用。

8、本实用新型采用的扬声器的声频和声压在一定范围内可以调节，可以根据所需过滤的颗粒物和纤维滤料的特定种类，对扬声器发出的声频和声压进行精细调节，这种调节能力可以使过滤系统能够针对不同的过滤需求实现最佳的过滤效果，从而显著提升过滤效率。

9、本结构通过声场与纤维滤料的耦合作用，构建多机制协同的高效过滤体系：声场作用下产生的声波振动，能使空气中的颗粒物与纤维滤料分别产生共振及受迫振动，改变颗粒物运动轨迹与纤维空间姿态，显著增大颗粒物与纤维的接触、撞击频率，进而提升对亚微米级等难捕获颗粒的捕获效率，且无需牺牲滤料透气性；同时，声波可驱动纤维产生微幅高频振动，该振动效应能有效促使滤料表面及孔隙内堆积的颗粒物（包括黏性较强的油性颗粒物）脱落，减少滤料堵塞现象，降低滤料更换频率，显著延长滤料使用寿命并降低设备维护成本；此外，声波作用还可优化过滤介质内的流体渗透性，改善空气在纤维滤料中的流动状态，减少空气流经滤料时的流动阻力，从而降低系统运行过程中的压力损失，实现过滤能耗的有效降低，且在声波振动的激励下，空气中的纳米级、亚微米级小颗粒物更易发生相互碰撞、团聚形成粒径更大的颗粒团，该凝并效应可进一步提升后续过滤环节对小颗粒的捕获效率，全面强化整体过滤性能。