阅读说明：本技术 一种空气柱塞式自清洁除尘的过滤系统及其过滤方法 (A kind of filtration system and its filter method of the automatically cleaning dedusting of air column plug ) 是由 孔学谦 于 2019-08-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种空气柱塞式自清洁除尘的过滤系统及其过滤方法,具体是通过静电纺丝技术将纳米纤维滤膜复合在HEPA滤网上,通过控制纳米纤维的尺寸、表面形态以及HEPA滤网的厚度使复合过滤材料的过滤阻力和过滤效果达到目标值。当复合过滤材料的过滤阻力下降至设定值时,通过反吹在过滤腔体内形成空气柱塞,当压力超过复合过滤材料的压降时,空气穿透复合过滤材料,附着于所述纳米纤维滤膜表层和浅层的颗粒物被吹离材料,复合过滤材料恢复过滤性能。本发明可实现过滤材料的自清洁再生的目的。(The invention discloses the filtration systems and its filter method of a kind of air column plug automatically cleaning dedusting, nanofiber filter membrane is compounded on HEPA strainer particular by electrostatic spinning technique, so that the filtration resistance of composite filter material and filter effect is reached target value by the thickness of the size of control nanofiber, configuration of surface and HEPA strainer.When the filtration resistance of composite filter material drops to setting value, air ram is formed in filter cavity by blowback, when pressure is more than the pressure drop of composite filter material, air penetration composite filter material, the particulate matter of nanofiber filter membrane surface layer and shallow-layer is attached to by the material that blows off, composite filter material restores strainability.The regenerated purpose of automatically cleaning of filtering material can be achieved in the present invention.)

一种空气柱塞式自清洁除尘的过滤系统及其过滤方法

技术领域

本发明涉及气体流中固体颗粒材料的过滤技术领域，具体涉及一种空气柱塞式自清洁除尘的过滤系统及其过滤方法。

背景技术

HEPA滤网因工艺问题其纤维难以制造的更细，采用过滤拦截颗粒物的效果有限，主要依靠静电吸附原理过滤颗粒物，驻极效果会随着时间的延长或吸附污染物的增多呈快速下降趋势，导致材料失去静电吸附效能，静电消失的问题限制了其应用空间；同时也受到容尘量的限制，当吸附量达到一定值后，材料被堵塞，流体阻力上升，很难脱附再生；此外，为保证拦截效果，HEPA滤网需要一定的厚度，也造成其过滤阻力较大。

直径小于1000纳米的纤维称为纳米纤维材料，该材料因其孔径较小具有拦截效率高、阻力小的特点。但其本身强度较差，需其他材料支撑，才能在一定的风速下保证其材料的完整性。

将纳米纤维材料与HEPA滤网复合，实现性能互补，既可保证材料的强度，又可提高过滤效率和增加材料的使用寿命。然而，此种复合过滤材料随着过滤时间的延长其过滤阻力上升，过滤效率下降，现有技术中并无相应的解决方式以保证过滤效率或实现过滤材料的自清洁循环利用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种空气柱塞式自清洁除尘的过滤系统及其过滤方法，实现过滤材料的自清洁。由过滤理论可知，流体以一定的速度通过过滤材料时，其中所含的固体颗粒物由于拦截、惯性、扩散、重力、静电等作用被截留，停留在过滤材料表面或内部。纳米纤维孔径较小，可将绝大多数颗粒物拦截于纤维表面。由于颗粒物不进入孔隙内部，因此通过反吹的方法可将其去除，实现材料的再生。

为达成上述目的，本发明提供如下技术方案：一种空气柱塞式自清洁除尘的过滤系统，包括空气柱塞式反吹装置和复合过滤材料，其中：所述空气柱塞式反吹装置包括两端分别设有进风口和出风口的过滤腔体，所述过滤腔体侧面设有反吹进风口，所述出风口和反吹进风口上分别设有止回阀；所述复合过滤材料设置于过滤腔体内位于进风口和反吹进风口之间的位置，所述复合过滤材料包括HEPA滤网和设置在HEPA滤网表面的纳米纤维滤膜，设有纳米纤维滤膜的一面朝向进风口。

上述结构中，当所述复合过滤材料的过滤阻力下降至设定值时，停止过滤，从所述反吹进风口进入空气，所述出风口止回阀会自动关闭，防止空气从出风口泄出过滤腔体。从所述反吹进风口进入的空气在所述过滤腔体内形成空气柱塞，当压力超过空气通过复合过滤材料的压降时，空气穿透复合过滤材料，从所述进风口排出。在此过程中，附着于所述纳米纤维滤膜表层和浅层的颗粒物被吹离材料，复合材料恢复过滤性能。

作为优选，所述HEPA滤网采用驻极PP棉，厚度为0.5-5mm；当滤速为5.3cm/s时，过滤阻力为30-200Pa，PM0.3的过滤效率为80-99.9％。

作为优选，所述纳米纤维滤膜采用PAN、PVDF、PES中的一种超滤膜，所述纳米纤维滤膜的纤维直径为20-500nm；当滤速为5.3cm/s时，过滤阻力为30-150Pa，PM0.3的过滤效率为80-99.9％。

作为优选，所述纳米纤维滤膜采用电牵伸的方法纺丝在HEPA滤网的表面，通过控制纳米纤维的尺寸和表面形态使纳米纤维滤膜对PM0.3的过滤阻力和过滤效果达到目标值。

作为优选，当滤速为5.3cm/s时，所述复合过滤材料的过滤阻力为30-200Pa，PM0.3的过滤效率为75-99.9％。

作为优选，所述反吹速率为8-100cm/s。

作为优选，所述反吹的风压为100-1500Pa。

作为优选，所述复合过滤材料通过过滤材料夹板安装在过滤腔体内。

一种空气柱塞式自清洁除尘的过滤方法，具体是通过电牵伸纺丝技术将纳米纤维滤膜复合在HEPA滤网上，通过控制纳米纤维的尺寸、表面形态以及HEPA滤网的厚度使复合材料的过滤阻力和过滤效果达到目标值；当复合过滤材料的过滤阻力下降至设定值时，通过反吹在过滤腔体内形成空气柱塞，当压力超过复合过滤材料的压降时，空气穿透复合过滤材料，附着于所述纳米纤维滤膜表层和浅层的颗粒物被吹离材料，复合过滤材料恢复过滤性能。

作为优选，所述电牵伸纺丝的工艺参数为：溶有聚合物的液体混合物温度30-125℃，聚合物的质量浓度为3-40％，电压10-70kV，接收距离3-30cm，灌注速度0.1-10mL/h，环境温度15-35℃，环境湿度5-80％。

本发明与现有技术相对比，其有益效果在于：本发明将纳米纤维材料与HEPA滤网相结合，通过空气柱塞式反吹结构，实现材料自清洁和可再生功能。纳米纤维材料作为过滤材料的外层，气流中绝大部分颗粒物首先被纤维滤片过滤，拦截在过滤材料的表层；剩余颗粒物被过滤材料的HEPA内层截留。由于颗粒物附着在纤维滤片表面，因此通过反吹即可清除过滤材料表面的颗粒物，实现材料的再生，可重复使用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明中复合过滤材料的过滤状态示意图。

图3是本发明中复合过滤材料的反吹状态示意图。

图中：1、进风口；2、过滤腔体；3、复合过滤材料，301、纳米纤维滤膜，302、HEPA滤网；4、过滤材料夹板；5、反吹进风口止回阀；6、反吹进风口；7、出风口止回阀；8、出风口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步具体的说明。

实施例1：一种空气柱塞式自清洁除尘的过滤系统，如图1所示，包括空气柱塞式反吹装置和复合过滤材料，空气柱塞式反吹装置包括两端分别设有进风口和出风口的过滤腔体，过滤腔体侧面设有反吹进风口，过滤腔体内位于进风口和反吹进风口之间设有过滤材料夹板；出风口上设置有出风口止回阀，反吹进风口上设置有反吹进风口止回阀，复合过滤材料安装在过滤材料夹板上。

复合过滤材料由HEPA滤网和纳米纤维滤膜组成，采用电牵伸的方法将纳米级别的纤维滤膜纺丝在HEPA滤网的表面，并使复合过滤材料设有纳米纤维滤膜的一面朝向进风口；通过控制纳米纤维的尺寸和表面形态使纳米纤维滤膜对PM0.3的过滤阻力和过滤效果达到目标值。

上述电牵伸纺丝的工艺参数如下：溶有聚合物的液体混合物温度30-125℃，聚合物的质量浓度为3-40％，电压10-70kV，接收距离3-30cm，灌注速度0.1-10mL/h，环境温度15-35℃，环境湿度5-80％。

本实施例复合过滤材料中，HEPA滤网和纳米纤维滤膜的选用方案如下：

HEPA滤网采用驻极PP棉，其厚度为1-3mm，在5.3cm/s的滤速下，驻极PP棉对PM0.3的过滤阻力为80Pa，过滤效率为95％；

纳米纤维滤膜采用PAN通过电牵伸纺丝制成，在5.3cm/s的滤速下，PVDF滤片对PM0.3的过滤阻力为95Pa，过滤效率为96％；

在5.3cm/s的滤速下，采用不同厚度的纳米纤维滤材与驻极PP棉复合过滤材料的过滤阻力为110Pa，对PM0.3的过滤效率为99.9％。

本实施例在具体实施时，如图2、3所示，当关闭反吹进风口止回阀，打开出风口止回阀，复合过滤材料处于过滤状态；当过滤阻力上升至150Pa时，停止过滤，打开反吹进风口止回阀，关闭出风口止回阀，在反吹口以8-100cm/s的反吹速率对复合过滤材料进行反吹，在过滤腔体内形成空气柱塞，当压力超过空气通过复合过滤材料的压降时，空气穿透复合过滤材料，从进风口排出。在此过程中，附着于所述纳米纤维滤片表层和浅层的颗粒物被吹离材料，复合材料恢复过滤性能。

本实施例经过试验，重复30个反吹周期，复合过滤材料的过滤效率下降至98.1％；重复100个周期，过滤效率下降至96.5％；重复1000个周期，过滤效率下降至95％。

对比单独HEPA滤网，采用常用的驻极PP棉，其厚度为1-3mm，在5.3cm/s的滤速下，驻极PP棉对PM0.3的过滤阻力为80Pa，过滤效率为95％；重复30个反吹周期，复合过滤材料的过滤效率下降至78.5％；重复100个周期，过滤效率下降至62.5％；重复1000个周期，过滤效率下降至25％。

实施例2：本实施例与实施例1的区别在于HEPA滤网和纳米纤维滤膜的选用不同，本实施例复合过滤材料中，HEPA滤网和纳米纤维滤膜的选用方案如下：

HEPA滤网采用驻极PP棉，其厚度为1-3mm，在5.3cm/s的滤速下，驻极PP棉对PM0.3的过滤阻力为95Pa，过滤效率为96.5％；

纳米纤维滤膜采用PVDF通过电牵伸纺丝制成，在5.3cm/s的滤速下，PVDF滤片对PM0.3的过滤阻力为116Pa，过滤效率为98％；

不同厚度的纳米纤维滤膜与驻极PP棉复合过滤材料的过滤阻力为100Pa，对PM0.3的过滤效率为99.9％。

本实施例经过试验，重复30个反吹周期，复合过滤材料的过滤效率下降至98％；重复100个周期，过滤效率下降至96％；重复1000个周期，过滤效率下降至93％。

本实施例中，纳米纤维滤膜与驻极HEPA滤网对比，对PM0.3的拦截效率不受环境影响，减少颗粒物进入到驻极PP棉中，通过反吹实现自清洁的效率较高，因此重复1000个反吹周期后过来效率依然保持高效。本实施例未尽事宜与实施例1相同，不作赘述。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。