一种空气滤清装置的制作方法

1.本发明涉及空气滤清技术领域，具体涉及一种空气滤清装置。


背景技术：

2.在日常生活、工业生产、交通运输、军事装备等多种领域，常常需要对空气进行滤清处理，从而获得去除砂粒、尘埃、碎屑等多种杂质的洁净空气。在日常生活中，洁净空气可以改善人们所处的环境，提高生活质量。在工业生产中，洁净空气可以被工业设备使用，提高设备的工作效率，减少设备的损坏。
3.在交通运输工具以及军事装备中，内燃机是必不可少的设备，内燃机的燃料充分燃烧需要外界向内燃机中供应充足的空气，利用空气中的氧气来支持燃料燃烧，当进入内燃机的空气包含砂粒、尘埃、碎屑等杂质时，杂质会对内燃机造成磨损，缩短内燃机的使用寿命，为了防止杂质进入内燃机，内燃机的供气通道需要安装空气滤清器，可见，空气滤清器也是内燃机正常工作所需要的配合装置。
4.现有的用于内燃机供气的空气滤清器较多采用离心力将杂质与空气分离，再通过滤芯进行过滤，从而获得洁净的空气。例如，旋风筒滤清器的工作原理是利用离心力分离气流中固体颗粒或液滴的设备。当含液或含有杂质的气流进入滤清器时，由于旋风筒内的旋转涡旋设计，气流会产生强烈的漩涡运动，从而形成很强的离心力，使得固体颗粒和液体杂质贴在旋风筒上。杂质从气流中分离出来后，聚集在容器的积尘区内。净化后的气体离开旋风筒滤清器，进入下一级的精过滤装置，精过滤装置内设置有一个或多个滤芯，可以滤去小固体颗粒。
5.上述空气滤清器存在的问题是：
6.1、在气流高速旋转时，旋风筒滤清器的内壁上产生壁压，壁压阻挡小颗粒的微尘或比重较小的杂质(特别是植物碎片、柳絮、杨絮等漂浮物)靠近，所以这类杂质不能沉降并清除。
7.2、旋风筒滤清器对空气和杂质的分离不彻底，输出的空气中裹挟的杂质容易挂到滤芯上，长此以往，容易导致滤芯堵塞，导致滤清效果变差，不能稳定地输送洁净空气。
8.3、金属滤网过滤器、纤维过滤器、纸质过滤器等传统过滤方式，均属被动吸附式过滤；被动滤清方式只会产生两种结果：一种是灰尘通过过滤器，过滤器没有发挥应有的作用；二是灰尘被吸附在过滤器上，过滤器上的气流通道逐渐被堵塞，进气量逐渐减少。为使被动滤清方式的过滤器正常工作，必须经常进行清理或更换滤芯，较为耗费时间和精力，大量使用滤芯的物质成本也较高，紧急情况下没有充足的时间进行清理或更换，则必然会影响内燃机的运行，甚至带来严重的事故。
9.4、在遇到雨水、露水等潮湿的外界环境时，水分进入精过滤装置时，滤芯表面的灰尘层遇水会变成泥，对气流通道的堵塞更加严重。


技术实现要素：

10.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种空气滤清装置，该空气滤清装置能够将大颗粒物、小颗粒物以及漂浮物与空气分离，稳定地提供洁净的空气，在输送洁净空气的同时能将杂质直接排出，既避免了积聚的杂质将空气滤清装置堵塞，又省去了人工清理空气滤清装置的麻烦，节约了人力、物力和财力，并且能够保证在不进行清理的情况下长时间正常工作，从而支持内燃机的运行。
11.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
12.一种空气滤清装置，其特征在于，包括：滤清通道，所述滤清通道的两端均为非封闭式结构，其中一端用于空气进入，另一端用于杂质排出；若干导流通道，所述导流通道固定于所述滤清通道的侧面，与所述滤清通道连通，各所述导流通道的截面积之和大于所述滤清通道的截面积，所述导流通道与所述滤清通道具有夹角α，所述夹角α小于90
°
。
13.本发明中，优选的，所述滤清通道的侧面对称连接有所述导流通道。
14.本发明中，优选的，所述滤清通道的至少一端安装有风机。
15.本发明中，优选的，还包括壳体，所述导流通道、所述滤清通道与所述导流通道连接的部分均安装于所述壳体内，所述滤清通道的两端伸出到所述壳体外，所述壳体上设置有洁净空气出口，所述滤清通道的数量为一个或多个。
16.本发明中，优选的，所述夹角α为10
°
至60
°
。
17.本发明中，优选的，所述导流通道包括设置于所述滤清通道侧面的气孔以及与所述气孔边缘固定连接的导流片。
18.本发明中，优选的，所述导流片为直线形、圆弧形或折线形。
19.本发明中，优选的，所述滤清通道包括扩展段和收紧段，所述扩展段的两端分别连接有所述收紧段，所述扩展段的横截面积大于所述收紧段的横截面积，所述导流通道固定于所述扩展段的侧面，所述扩展段与所述收紧段连接的部分的内壁与所述收紧段的内壁具有夹角β，所述夹角β大于0
°
且小于90
°
。
20.本发明中，优选的，所述夹角β为1
°
至30
°
。
21.本发明中，优选的，所述滤清通道的两端中至少一端为弯折结构。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
23.本发明的空气滤清装置在滤清通道侧面设置导流通道，空气流入滤清通道后会有一部分进入导流通道，导流通道将该部分空气导出，即为洁净空气，而空气中的杂质会在滤清通道内随气流排回到大气中，从而实现了洁净空气与杂质的分离，稳定地提供洁净的空气，既避免了积聚的杂质将空气滤清装置堵塞，又省去了人工清理空气滤清装置的麻烦，节约了人力、物力和财力，并且能够保证在不进行清理的情况下长时间正常工作，从而支持内燃机的运行；在导流通道外罩设的壳体可以实现将洁净空气收集并输送至指定区域；大气入口和/或杂质出口设置风机，可以为空气滤清装置提供动力，从而无需依赖外部动力。
附图说明
24.图1为空气滤清装置的结构示意图。
25.图2为图1中a部的放大图。
26.图3为设有多组滤清通道的空气滤清装置的结构示意图。
27.图4为设有方形壳体及多组滤清通道的空气滤清装置的端面的示意图。
28.图5为设有圆形壳体及多组滤清通道的空气滤清装置的端面的示意图。
29.图6为设有圆弧形导流片的空气滤清装置的结构示意图。
30.图7为设有折线形导流片的空气滤清装置的结构示意图。
31.图8为设有扩展段和收缩段的空气滤清装置的结构示意图。
32.图9为图8中b部的放大图。
33.图10为滤清通道两端为弯折结构的空气滤清装置的结构示意图。
34.附图中：1-滤清通道、101-大气入口、102-杂质出口、103-扩展段、104-收紧段、2-导流通道、201-气孔、202-导流片、203-圆弧形导流片、204-折线形导流片、3-风机、4-壳体、401-洁净空气出口。
具体实施方式
35.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。
36.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
37.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
38.请同时参见图1至图10，本发明一较佳实施方式提供一种空气滤清装置，包括滤清通道1和若干导流通道2。
39.在本实施方式中，滤清通道1为管状结构，其横截面可以为圆形或方形，也可以为其他不常见的形状，能够形成一段内腔作为滤清通道1即可。滤清通道1的两端均不是封闭的，而是开放的，使气流可以从一端进入滤清通道1、从另一端排出滤清通道1。导流通道2为一段能够引导气流按一定方向流动的结构，可以是管状结构，也可以是更加简易的挡风片，导流通道2与滤清通道1的侧面固定连接，并且导流通道2与滤清通道1连通。
40.导流通道2与滤清通道1的夹角为α，夹角α小于90
°
，此处对二者的夹角应当理解为导流通道2整体的形状与滤清通道1的夹角。例如，导流通道2为直线形的，则导流通道2所在的直线与滤清通道1所在的直线之间的夹角即为夹角α；又如，导流通道2为圆弧形的，则导流通道2所在的该段圆弧中点的切线与滤清通道1所在的直线之间的夹角即为夹角α；又如，导流通道2为不规则形状，则需要考虑导流通道2整体形状与滤清通道1的夹角的角度趋势，比如，将不规则导流通道2各点的切线与滤清通道1的夹角取正负角度，将各个角度汇总相加得到总的角度，即为夹角α。
41.其中，滤清通道1的两端分别用于空气进入和杂质排出，如何分配则取决于夹角α的方向，夹角α的顶点指向的一端为杂质出口102，用于杂质排出，另一端为大气入口101，用于外界空气进入。定义导流通道2与滤清通道1连接的一端为导流通道入口，不与滤清通道1连接的一端为导流通道出口，在滤清通道1内，洁净空气从导流通道入口进入导流通道2，并从导流通道出口导出。
42.具体地，空气滤清装置的工作原理为：外界空气中存在一定速度的气流时，将大气入口101迎向空气流动方向，使外界空气从大气入口101进入滤清通道1，进入滤清通道1的空气中存在杂质。在滤清通道1内，含杂质的空气向杂质出口102流动，在经过导流通道2所在的位置时，会有部分空气进入导流通道2，并从导流通道出口流出，这部分空气即为洁净空气。
43.由于各导流通道2的截面积之和大于滤清通道1的截面积，并且气流在滤清通道1及导流通道2内的摩擦损耗了能量，所以导流通道2内气流速度比滤清通道1内气流速度慢。滤清通道1内气流中裹挟的砂粒、絮状物、粉尘、水滴等杂质在两个方向的气流作用下的运动趋势是从大气入口101向杂质出口102运动，同时从滤清通道1的中心位置向导流通道入口靠近，但是由于导流通道2处的吸引力较小，不能克服杂质的运动惯性，即滤清通道1内的气流速度大于导流通道2内的气流速度，可以实现杂质在进入导流通道2之前已经流过滤清通道1内设置有导流通道2的区域，所以杂质不能进入导流通道2，从而洁净空气和杂质可以自行分离。其中，导流通道2内气流速度与滤清通道1内气流速度的比值或差距是可以通过调节两个通道截面积的差距、在管道内增加风扇等动力源来调整的。
44.与此同时，滤清通道1内的气流具有强大的动压，当高压气体冲击到导流通道2的内壁时，导流通道2的内壁上就产生了高压区。由伯努利原理可知，滤清通道1的气流中心位置流速快，但静压小；而滤清通道1周围的导流通道2及其附近的区域气流存在一定的动能损耗，流速慢，但静压大。在这种情况下，滤清通道1内的气流裹挟的颗粒物、絮状物、水滴等杂质在不对等的静压的作用下产生压力差，进而发生位移，杂质移向静压小的气流中心位置，而不会进入导流通道2，从而随着滤清通道内的气流顺利从杂质出口102排回到大气中。
45.另一方面，导流通道2内空气相对于滤清通道1内空气是向斜后方流动的，即导流通道2内空气向与滤清通道1内空气流动方向成夹角α的斜后方向流动，气流进入导流通道入口向斜后方流动，会在导流通道入口处形成一个大于滤清通道1内气流的中心部分压强的静压，该静压能够将靠近导流通道入口的较轻的杂质(如絮状物)推回到滤清通道1中心的位置，使其不能进入导流通道2，较轻的杂质会继续随气流向杂质出口102运动。而较重的杂质(如砂粒)如果到达导流通道入口则会撞击导流通道2的内壁，被弹射回滤清通道1中心的位置，并且由于自身的惯性而保持向杂质出口102运动，而不会向斜后方的导流通道2中运动。
46.经过上述三种过程，不含杂质的洁净空气能够从导流通道2导出，而颗粒物、漂浮物等杂质则随着滤清通道1内的气流从杂质出口102排出，这样就利用空气滤清装置得到了洁净的空气。
47.可以根据需要洁净空气的空间来决定空气滤清装置的大小。例如，为一个房间提供洁净空气，则空气滤清装置的滤清通道1的大气入口101和杂质出口102需要伸出到房间以外，连接有导流通道2的部分则位于房间内，当然，该空气滤清装置还需要自然或人为生
成较大的气流速度来支持其工作。又如，为一个电气柜的内部提供洁净空气，则滤清通道1的大气入口101和杂质出口102只需伸出电气柜以外，连接有导流通道2的部分设置于电气柜内即可，所需的气流也可以是自然风或人为制造的风。
48.本装置利用气流将空气中的杂质从滤清通道1直接排出，利用导流通道2将洁净的空气导出到需要洁净空气的空间内，实现了将大颗粒物、小颗粒物以及漂浮物与空气分离，能够稳定地提供洁净的空气，在输送洁净空气的同时能将杂质直接排出，既避免了积聚的杂质将空气滤清装置堵塞，又省去了人工清理空气滤清装置的麻烦，节约了人力、物力和财力。
49.本发明一个优选的实施例中，滤清通道1的侧面对称连接有导流通道2。例如，滤清通道1的一侧连接有若干导流通道2，则导流通道2上与此处相对的一侧也连接有相同数量的导流通道2，使导流通道2在滤清通道1上相互对称。在这种情况下，滤清通道1内会有多个方向的导流通道2将洁净空气导出，并且这些洁净空气导出的气流方向是对称的，使滤清通道1内的杂质受力平衡，不会特别偏向某一导流通道2的方向，可以更好地在滤清通道1的中心位置向杂质出口102运动，与此同时，导流通道2的增多可以将更多的洁净空气导出。通过在滤清通道1上对称连接导流通道2，可以实现杂质在滤清通道1内受力更平衡，更好地保持在滤清通道1的中心位置，并且更多的导流通道2提高了洁净空气的导出效率。
50.本发明一个优选的实施例中，滤清通道1的两端，即大气入口101和杂质出口102，二者中至少有一处安装有风机3，在这两处安装的风机3均能够产生从大气入口101指向杂质出口102的气流。空气滤清装置的正常工作需要在滤清通道1内具有从大气入口101指向杂质出口102的气流，在外界具有满足要求的气流时，只需要将大气入口101迎向外界气流的方向即可实现空气滤清装置正常工作，但是当外界没有满足需要的气流时，则需要人为制造气流来满足空气滤清装置工作的需要，在大气入口101或杂质出口102安装风机3，或两处均安装风机3，使本装置可以不依靠外界气流而去除杂质、导出洁净空气，并且实现了气流速度可调，工作过程更加高效。
51.本发明一个优选的实施例中，空气滤清装置还包括壳体4，其作用是将导流通道2导出的洁净空气收集起来，并统一输送至指定区域。其中，壳体4的形状和大小可以根据需要来设置，滤清通道1与导流通道2连接的部分、导流通道2均安装于壳体4内，滤清通道1的两端伸出到壳体4外，滤清通道1与壳体4连接的部分具有密封结构，洁净空气不会从此处漏出，壳体4上设置有洁净空气出口401，用于将洁净空气输送到指定区域，洁净空气出口401可以连接输气管道，例如，洁净空气出口401与内燃机的进气口相连。滤清通道1和导流通道2的数量不固定，如图3至图5所示，在壳体4内可以并列设置一套或多套滤清通道1和导流通道2，壳体4可以为圆形、方形以及其他多种形状，壳体4能够将每套滤清通道1和导流通道2分离出的洁净空气都汇集起来从洁净空气出口401输送出去。其中，空气出口401处也可以安装风机，对洁净空气的流速进行调节。通过罩设在导流通道2外的壳体4将导流通道2包裹起来，可以通过洁净空气出口401将洁净空气输送至指定区域，使空气滤清装置的使用更加方便，能够适用于更多的场合。
52.本发明一个优选的实施例中，夹角α为10
°
至60
°
，例如15
°
、25
°
、35
°
、40
°
、59
°
等。尽管夹角α小于90
°
就可以实现空气进入导流通道入口以后向斜后方流动，但夹角α角度较大时的除尘效果并不够理想。导流通道2内的气流速度为一个矢量，可以将其看作是由与滤清
通道1内气流方向相反的第一矢量和垂直于滤清通道1内气流方向的第二矢量组成的。当夹角α较大时，第一矢量较小，第二矢量较大，则导流通道2对杂质的吸引力较强，杂质容易从导流通道2导出，则空气与杂质的分离效果较差，因此夹角α的角度应当较小，较好的选择是不大于60
°
。而当夹角α极小时，第一矢量极大，第二矢量极小，空气会难以流入导流通道2中，从而无法将洁净空气导出，所以夹角α也不能过小，较好的选择是不小于10
°
。通过将夹角α设置在10
°
至60
°
之间，可以使杂质不易进入导流通道2，同时洁净空气能轻松进入导流通道2，从实现较好的空气与杂质分离的效果。
53.本发明一个优选的实施例中，滤清通道1上设置有气孔201，在该气孔201的边缘连接有导流片202，此时，气孔201即为导流通道入口，相邻的两个导流片202之间的空间即为导流通道2，导流片202的表面与洁净空气接触，所以导流片202的表面即为导流通道2的内壁，导流片202的方向决定了导流通道2的方向，所以导流片202与滤清通道1的侧面之间的夹角即为夹角α。其中，导流片202的形状可以有多种选择，如平面或曲面的长方形、正方形、菱形、梯形、半圆形等。通过在滤清通道1上开设气孔201，并沿气孔201边缘连接导流片202，可以实现在滤清通道1的侧面上连接导流通道2，从而将洁净空气与杂质分离，该结构单，易于实现。
54.本发明一个优选的实施例中，导流片202为直线形、圆弧形或折线形。采用直线形导流片时，导流片202与滤清通道1侧面的夹角即为夹角α，空气经过时沿导流片202的方向流动；采用圆弧形导流片203时，圆弧形导流片203的中点处的切线与滤清通道1侧面的夹角即为夹角α，空气经过时沿圆弧形导流片203的方向流动，其整体的流动方向与滤清通道1成夹角α；采用折线形导流片204时，折线形导流片204倾斜于滤清通道1侧面的部分决定了其整体的方向，其与滤清通道1侧面的夹角即为夹角α，空气经过时先沿折线形导流片204倾斜于滤清通道1侧面的部分的方向流动，之后折向与滤清通道1内气流相反的方向，最后从导流通道2导出。采用上述直线形、圆弧形或折线形的导流片均可构成导流通道2，实现洁净空气与杂质的分离，并且结构简单，易于实现。
55.本发明一个优选的实施例中，滤清通道1包括扩展段103和收紧段104。其中，扩展段103的横截面积大于收紧段104的横截面积，收紧段104有两部分，分别在扩展段103的两端与扩展段103连接，即滤清通道1的大气入口101和杂质出口102均直接与收紧段104连接，两个收紧段104之间则连接有扩展段103。所有的导流通道2均固定于扩展段103的侧面，收紧段104的侧面不设置导流通道2。扩展段103与收紧段104连接的部分用于滤清通道1的横截面积不同的两段的过渡，因此这部分的内壁与收紧段104的内壁之间必然会形成一个角度，为叙述方便，用这两个面的夹角描述它们的位置关系，将该夹角定义为夹角β，并且夹角β小于90
°
。空气在收紧段104流动时，由于收紧段104的横截面积较小，气流速度较快，可以给杂质提供一个较快的速度；当空气流到扩展段103时，由于扩展段103的横截面积较大，杂质距离导流通道入口相对较远，气流速度较慢，而杂质之前具有较快的速度，由于惯性的作用，在扩展段103仍能保持较快的速度通过扩展段103，从而可以尽量缩短杂质通过扩展段103的时间，降低杂质进入导流通道2的概率。但是，如果在收紧段104与扩展段103之间不设置倾斜的内壁进行过渡，空气从收紧段104流向扩展段103时，空气会与扩展段103的内壁分离，进而导流通道2导出洁净空气的量会下降；空气从扩展段103向收紧段104流动时，在扩展段103与收紧段104连接的部分会产生涡旋，阻挡空气流动，进而影响杂质的排出。因此，
扩展段103与收紧段104连接的部分应该具有过渡的形状，即夹角β应当小于90
°
，使空气尽量贴近扩展段103的内壁，尽量减少涡旋的产生，或者使产生的涡旋尽量小。
56.通过将滤清通道1设置成扩展段103和收紧段104连接的结构，并且扩展段103与收紧段104连接的部分与收紧段104的夹角β小于90
°
，可以进一步降低杂质进入导流通道2的概率，改善除杂质效果，并且导流通道2导出洁净空气的效率的降低有限，整体上仍然具有良好的滤清空气的效果。
57.本发明一个优选的实施例中，夹角β为1
°
至30
°
，如10
°
、20
°
、30
°
等。扩展段103与收紧段104之间的过渡部分越平缓，则空气贴紧内壁的效果越好，并且产生涡旋的可能性越小，即使产生涡旋，涡旋也越小，因此，夹角β为1
°
至30
°
时，滤清通道1内空气贴紧内壁的效果好，涡旋产生的影响小，可以达到既改善除杂质效果又基本不降低导流通道2导出洁净空气的效率的效果。
58.本发明一个优选的实施例中，滤清通道1的两端，即大气入口101和杂质出口102，二者或有一处为弯折结构，或者二者均为弯折结构，这样空气滤清装置总体所占用的空间可以尽量小一些，并且两端的弯折不会影响大气进入和杂质排出。通过将滤清通道1的一端或两端设置成弯折结构，可以尽量减小空气滤清装置所占用的空间，使其可以安装在多种不同的环境中。
59.上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。