專利名稱：一種由氣流介導的空氣污染清除裝置及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由氣流介導的空氣污染清除裝置及其應用，特別是局部環(huán)境中的空氣污染的清除。
背景技術：
空氣污染的日益加劇是擺在人們面前一亟待解決的重要任務。污染的來源包括懸浮粒子，如汽油、柴油等燃料燃燒、垃圾焚化、建筑、金屬冶煉等；二氧化硫(SO2)，如以煤炭及石油作燃料的熔爐、金屬冶煉等；一氧化碳(CO)，主要由汽車排出；二氧化碳，如生活和燃料燃燒釋放的二氧化碳；各類碳氫化合物，由多種工業(yè)的工序產生，如乾洗、工業(yè)涂料蒸發(fā)、工業(yè)制品清洗等；氟氯碳化物，如作為冷卻劑用於冷氣系統及冰箱，作為發(fā)泡劑用以制造發(fā)泡膠，作為噴霧劑的噴射物質，作為溶劑清潔電路板及電腦配件等。空氣污染可顯著影響人類和其他生物的健康，多種疾病與環(huán)境污染有關，如呼吸系統疾病、血液系統疾病、癌癥、心血管系統疾病等。空氣中二氧化硫及氮化合物會產生酸雨，影響植物的生長及土壤里的礦物質。空氣中氟氯碳化物可破壞臭氧層。大氣中二氧化碳的濃度逐年增加，以致可能引起“溫室效應”，使地球的氣溫上升?？諝庵袘腋×Ｗ釉黾幽苡绊懩芤姸?。局部空氣中污染物的積累取決于三個條件風速、地形和污染物的產生速度。城市的污染物產生速度顯著大于鄉(xiāng)村。城市還有所謂“熱島效應(Heat island effect)，即把城市區(qū)域看成是一個溫熱的島嶼，其溫度比周圍高，濕度比周圍低，風速比周圍小，因此其污染物的排放速度明顯低于周圍環(huán)境，使城市的污染程度明顯大于鄉(xiāng)村。在一些污染嚴重的大城市，人們常在下雨或刮風后才能見到藍色的天空。因此降低城市空氣污染，除嚴格控制污染物的產生及排放外，設法增加空氣污染物的清除速度，也可產生顯著的城市環(huán)境改善效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種能加快局部空氣流動速度，以清除空氣污染的裝置及其應用，特別適用于局部環(huán)境中，如一城市上空的空氣污染的清除。
為實現上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案
本發(fā)明為一呈兩端開口并且開口端向上呈開放式管道結構的氣體或液體流動裝置(簡稱流動裝置)，兩開口端與外界空氣相通。流動裝置包括入口、降支、底段、升支、出口和冷空氣。流動裝置入口為外界冷空氣進入流動裝置的開口，與開口相連接的是降支，即流動裝置的氣流下降側，與降支相對應的另一側是流動裝置的升支，即流動裝置的氣流上升側，向上連接的是流動裝置出口，氣流通過出口進入外界空氣；降支與升支底部由流動裝置的底段密閉相連接。其中升支內裝有熱交換裝置，熱交換裝置的入口與待冷卻氣體或液體的輸入管道相連，出口與制冷后氣體或液體的輸出管道相連。流動裝置的降支、底段、升支和待冷卻氣體或液體的輸出管道的外壁均為隔熱結構。降支和升支隔熱外壁之外為帶動流動裝置向上浮動并保持其在空中位置的氣囊。與升支內的熱交換裝置相連的輸入管道接有推動氣體或液體在熱交換裝置內流動的驅動裝置。當與升支內的熱交換裝置相連的氣體或液體流動驅動裝置開啟時，熱氣體或液體經熱交換裝置輸入管道進入熱交換裝置與經流動裝置入口、降支、底段，而進入升支的來自于高空的冷空氣進行熱量交換、制冷，冷卻后的氣體或液體經輸出管道輸出。由于流動裝置升支內的熱量交換，使升支內的空氣溫度升高，結果降支和升支之間形成溫差，熱氣上升，從而驅動流動裝置內的氣體經流動裝置入口、降支、底段、升支和流動裝置出口、高空冷空氣之間循環(huán)流動，使降支入口和升支出口之間形成溫差，進而在降支和升支之間形成氣體流動，并帶動周圍空氣流動。所述的流動裝置升支和降支分別位于待清除污染環(huán)境的兩側，其所帶動的周圍空氣流動可加快局部環(huán)境中空氣污染物的清除速度。
流動裝置的高度選擇300米至10000米，優(yōu)選500米至5000米，更優(yōu)選500米至3000米。
流動裝置升支熱交換部位選擇其升支的全部，優(yōu)選自下而上1/100至1/2段，更優(yōu)選自下而上1/100至1/4段。流動裝置氣流上升側熱交換氣體腔內裝有的熱交換裝置包含有一個或多個待制冷的熱氣體或熱液體的入口和一個或多個冷卻氣體或冷卻液體的出口，并通過管道與制冷終端相連。
所述的流動裝置入口和出口位于同一氣體空間內，并且所述的氣體空間是一與空中大氣相通的開放式結構，入口和出口位于可同一水平面，也可位于不同的水平面，如出口高于入口或入口高于出口。
為了更有效地啟動高空冷空氣在流動裝置內循環(huán)流動，開啟制冷時首先向熱交換裝置內輸入溫度高于地面溫度的氣體或液體，使流動裝置升支與降支之間形成溫差，帶動高空冷空氣進入流動裝置，從而啟動冷空氣循環(huán)。
為了更有效地降低高空冷空氣向地面流動時同地面熱氣的溫度交換，保持其低溫狀態(tài)，在流動裝置的降支、底段、升支和待冷卻氣體或液體的輸出管道外壁的隔熱結構材料包括但不限于聚乙烯保溫板、玻璃纖維保溫板、陶瓷纖維保溫板、石棉保溫板、棉花、橡塑海綿。
熱交換裝置與流動裝置氣體腔內的流動氣體為相互隔離狀態(tài)，除熱量之外，無氣體或液體交流。熱交換裝置采用熱交換性能良好的材料包括但不限于銅、鋁及其合金和熱交換性能良好結構，包括但不限于葉片式、板式、微孔式、螺旋管式。
熱交換裝置與推動待進行熱交換的氣體或液體流動的推動裝置相連。所述的推動裝置，其能量來源為太陽能、風能、電能、機械能、熱能等。為了節(jié)約能量，降低使用成本，其能量來源優(yōu)選風能和太陽能，其次為電能、機械能、熱能等。
本發(fā)明由于采用了上述設計，來自于高空的冷氣流通過流動裝置的降支和底段，進入升支。在升支內，與位于其中的含有流動的熱氣體或液體的熱交換裝置進行熱量交換，使來自于高空冷氣流的溫度上升，使流動于熱交換裝置內的熱氣體或液體溫度下降，結果流動裝置的升支高空冷氣流溫度升高，與流動裝置的降支的高空冷氣流形成溫差，驅動流動裝置內的氣體經降支、底段、升支和高空冷空氣之間形成循環(huán)流動，從而使降支入口和升支出口之間形成溫差，進而在降支和升支之間形成氣體流動，并帶動周圍空氣流動。由于流動裝置入口和出口分別位于待清除污染環(huán)境的兩側，其上方的空氣流動可加速局部環(huán)境中空氣污染物的清除。
本發(fā)明具有結構簡單、使用方便、且具有有效的局部空氣污染清除作用等特點，適用于城市等局部環(huán)境下空氣污染的清除，具有良好的應用前景。
下面結合附圖對本發(fā)明的實施例做進一步說明


圖1本發(fā)明結構示意2為實施例以氣體為介質的隔熱處理循環(huán)實驗結構示意3為實施例流動氣體介質的空氣污染清除實驗結構示意圖
具體實施例方式
實施例一、本發(fā)明結構模型的制作如圖1所示，本發(fā)明為一U形結構，包括U形結構入口1、降支2、底段3、升支4和U形管出口5、流動空氣6。其中升支4內裝有熱交換裝置7并與待冷卻氣體或液體的輸入管道8和輸出管道9相連，降支2、底段3、升支4和待冷卻氣體或液體的輸出管道9的外壁10均為隔熱結構，降支2和升支4位于待清除污染環(huán)境11的兩側。與熱交換裝置7相連的輸入管道8接有氣體或液體流動驅動裝置12。當氣體或液體流動驅動裝置12開啟時，熱氣體或液體經輸入管道8進入熱交換裝置7與經U形管入口1、降支2、底段3，進入升支4的高空冷空氣6進行熱量交換制冷，然后經輸出管道9送至制冷終端13。由于U形管升支4內的熱量交換，降支2和升支4之間形成溫差，驅動U形管內的氣體經U形管入口1、降支2、底段3、升支4和U形管出口5、高空冷氣流6之間循環(huán)流動。
實施例二、本發(fā)明以液體為介質的循環(huán)實驗1)實驗材料塑料管、螺旋狀金屬散熱管、水泵、溫度計、冰塊、實驗支架、水槽。
2)實驗裝置的制備制備高2米實驗支架，將長2.2米、外徑10厘米的塑料管以U形狀固定于實驗支架上，使其高度為2米。在U形塑料管上升段內腔距試驗臺50厘米的位置安裝螺旋狀金屬散熱管。將散熱管的底部端口通過管道與水泵的出水口相連，散熱管的頂部端口通過管道與下水池相連。U形塑料管上端的兩個開口與同一水槽相連通，水槽內盛有水。U形塑料管裝滿經室溫平衡的水。啟動水泵并控制其流速，觀察并記錄當頂部水槽內盛有經冰塊冷卻的水后，螺旋狀金屬散熱管入口處和出口處的水的溫度，并于頂部水槽內盛有經室溫平衡的水比較。
3)實驗結果當頂部水槽內盛有經冰塊冷卻的水時，啟動水泵30分鐘后，螺旋狀金屬散熱管入水口溫度為45℃，出水口溫度為12℃。當頂部水槽內盛有經室溫(25℃C)平衡的水時，啟動水泵30分鐘后，入水口溫度為45℃，出水口溫度為29℃。
實施例三、本發(fā)明以氣體為介質的循環(huán)實驗1)實驗材料塑料管、葉片狀散熱器、風扇、溫度計、干冰塊、實驗支架、塑料箱。
2)實驗裝置的制備制備高5米實驗支架，將長5.5米、外徑20厘米的塑料管以U形狀固定于實驗支架上，使其高度為5米。在U形塑料管上升段內腔距試驗臺2米處的位置安裝葉片狀散熱器。將葉片狀散熱器的底部端口通過管道與風扇的出風口相連，葉片狀散熱器的頂部端口通過管道與外界相連。U形塑料管上端的兩個開口與同一呈部分開放式塑料氣體箱相連通，塑料箱內盛有干冰塊。U形塑料管裝滿未經干冰制冷的空氣。啟動風扇并控制其風速，觀察并記錄當頂部塑料箱內盛有經干冰制冷的空氣后，葉片狀散熱器入口處和出口處的空氣的溫度，并于頂部塑料箱內盛有未經干冰制冷的空氣比較。
3)實驗結果當頂部部分開放式塑料氣體箱內盛有經干冰制冷的空氣時，啟動風扇30分鐘時，葉片狀散熱器入風口溫度為45℃，出風口溫度為22℃。當頂部部分開放式塑料氣體箱內盛有未經干冰制冷的空氣(26℃)時，啟動風扇30分鐘時，入風口溫度為45℃，出風口溫度為32℃。
實施例四、本發(fā)明以氣體為介質的隔熱處理循環(huán)實驗1)實驗材料聚乙烯保溫板、銅質螺旋管狀散熱器、離心電風扇、溫度計、液氮、實驗支架、泡沫塑料保溫箱，家用電熱吹風器。
2)實驗裝置的制備選擇高20米高實驗支架，采用聚乙烯保溫板制備長20米、外徑68厘米的圓管兩根，固定于實驗支架上，使其高度為20米，底部采用聚乙烯保溫相連，形成20米高的U形管。在U形管上升段內腔距U形管底部2米處的位置安裝銅質螺旋管狀散熱器。將散熱器的一端端口通過管道于兩臺排風量為600立方米/小時離心電風扇的出風口相連，散熱器的另一端端口通過管道與外界相連。U形管上端的兩個開口與同一呈開放式泡沫塑料保溫箱相連通，通過向泡沫塑料保溫箱內加入液氮使其空氣溫度降低。實驗未啟動時U形管內空氣溫度與環(huán)境溫度相同(圖2)。
3)實驗方法與結果實驗啟動時記錄環(huán)境溫度為20℃，向位于頂部的泡沫塑料保溫箱內加入液氮，使箱內的溫度下降。啟動風扇并用家用電熱吹風器向離心電風扇入風口處吹入熱風，觀察頂部與泡沫塑料保溫箱相連的U形管入口和出口空氣的流向，當出現冷空氣經U形管入口向U形管降支流動時，記錄兩側的溫度為U形管上升段出口23℃，U形管下降段入口15℃。立即停止用家用電熱吹風器向離心電風扇入風口處吹入熱風，保持風扇運行。風扇運行15分鐘時，觀察并記錄溫度為U形管上升段出口15.5℃，U形管下降段入口3℃，U形管底部7.5℃，離心電風扇入風口20℃，銅質螺旋管狀散熱器出風口11℃。風扇運行30分鐘時，觀察并記錄溫度為U形管上升段出口10.5℃，U形管下降段入口0℃，U形管底部4℃，離心電風扇入風口20℃，銅質螺旋管狀散熱器出風口6.5℃。風扇運行60分鐘時的結果與30分鐘相似，銅質螺旋管狀散熱器出風口溫度為6℃。風扇運行期間頂部泡沫塑料保溫箱一直裝有液氮。
實施例五、本發(fā)明隔熱材料的保溫實驗1)實驗材料聚乙烯保溫板、玻璃纖維保溫板、陶瓷纖維保溫板、石棉保溫板、棉花、市售塑料密封袋、熱水。
2)實驗方法與結果將上述保溫材料分別制成袋狀，向袋內套入市售塑料密封袋，插入溫度計，加熱水至75℃，快速向每一袋內加入150克熱水，迅速封口，記錄溫度和時間。以沒有保溫套的市售塑料密封袋為對照。室溫為21℃。結果見表1。
表1、不同保溫材料的保溫效果(℃)

實施例六、本發(fā)明隔熱材料的保溫實驗1)實驗材料橡塑海綿、塑料管、電熱吹風器、溫度計、離心風機。
2)實驗方法與結果取內徑為5厘米、壁厚3厘米橡塑海綿保溫管20米，插入直徑為3厘米的塑料管，將塑料管與離心風機出風口相連，啟動風機，啟動電熱吹風器并置熱風出口于離心風機入風口處，測量并記錄橡塑海綿保溫管入風口與出風口溫度。結果實驗啟動30分鐘后，入風口溫度為63℃，出風口溫度為55℃，環(huán)境溫度為20℃。對照單純塑料管入風口溫度為65℃，出風口溫度為22℃，環(huán)境溫度為20℃。
實施例七、本發(fā)明流動氣體介質的空氣污染清除實驗1)實驗材料PVC管、加熱電燈泡、實驗支架、塑料盆，有色氣體、粉塵。
2)實驗裝置的制備選擇高2米高實驗支架，采用PVC管制備長2米、外徑20厘米的圓管兩根，固定于實驗支架上，使其高度為2米，底部采用長2米的PVC管相連，形成2米高的U形管。在U形管上升段內腔距U形管底部20厘米處的位置150W加熱電燈泡14。U形管底部放置一敞口塑料盆13。U形管位于敞口塑料盆兩側。U形管上端的兩個開口與敞口塑料盆處于同一開放空間。通過向敞口塑料盆內加入有色氣體或粉塵進行空氣污染模擬實驗。實驗未啟動時U形管內空氣溫度與環(huán)境溫度相同(圖3)。
3)實驗方法與結果實驗在室內進行，室溫為19℃。實驗開始時向位于在U形管上升段內腔的150W加熱電燈泡通電，加熱。向位于U形管底部的敞口塑料盆內加入有色氣體或粉塵，視覺觀察并記錄有色氣體或粉塵從加入至消除的時間。以同一裝置不進行向位于在U形管上升段內腔的150W加熱電燈泡通電加熱時的有色氣體或粉塵從加入至消除的時間作為對照。結果當向位于在U形管上升段內腔的150W加熱電燈泡通電加熱時，U形管兩端出現由不加熱端向加熱端的氣體流動。當向位于U形管底部的敞口塑料盆內加入有色氣體或粉塵時，通電加熱所致的氣體流動可明顯加速敞口塑料盆內有色氣體或粉塵的消除(結果見表2)。
表2、流動空氣對有色氣體和粉塵污染消除的影響

注**為p＜0.0權利要求
1.一種由氣流介導的空氣污染清除裝置，包括1)呈兩端開口并且開口端向上呈開放式管道結構的氣體或液體流動裝置；2)分為入口、降支、底段、升支和出口及冷空氣3)升支內裝有熱交換裝置4)熱交換裝置接有氣體或液體的輸入管道和輸出管道5)入口、降支、底段、升支和出口的外壁及熱交換裝置輸出管道外壁由隔熱材料構成6)熱交換裝置輸入管道接有推動氣體或液體在熱交換裝置內流動的驅動裝置。
2.根據權利要求1所述的污染清除裝置，其特征在于所述的流動裝置入口和出口位于待進行空氣污染清除環(huán)境兩側的同一氣體空間內，并且所述的氣體空間是一與外界大氣相通的開放式結構。
3.根據權利要求3所述的制冷裝置，其特征在于所述的流動裝置入口和出口位于同一水平面。
4.根據權利要求3所述的制冷裝置，其特征在于所述的流動裝置入口和出口位于不同水平面。
5.根據權利要求1所述的制冷裝置，其特征在于開啟制冷時首先向熱交換裝置內輸入溫度高于所述的流動裝置降支內氣體或液體的溫度，使流動裝置升支與降支之間形成溫差。
6.根據權利要求1所述的制冷裝置，其特征在于所述的流動裝置的高度選擇300米至10000米，優(yōu)選500米至5000米，更優(yōu)選500米至3000米。
7.根據權利要求1所述的制冷裝置，其特征在于所述的流動裝置升支內熱交換部位選擇其升支的全部，優(yōu)選自下而上1/100至1/2段，更優(yōu)選自下而上1/100至1/4段。
8.根據權利要求1所述的制冷裝置，其特征在于熱交換裝置與所述的流動裝置氣體腔內的流動氣體為相互隔離狀態(tài)，除熱量外，無氣體或液體交流。
9.根據權利要求1所述的制冷裝置，其特征在于熱交換裝置采用熱交換性能良好的材料包括但不限于銅、鋁及其合金和熱交換性能良好結構，包括但不限于葉片式、板式、微孔式、螺旋管式。
10.根據權利要求1所述的制冷裝置，其特征在于本發(fā)明技術適用于但不限于局部環(huán)境中空氣污染的清除。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種由氣流介導的空氣污染清除裝置，一呈兩端開口并且開口端向上呈開放式管道結構的氣體或液體流動裝置，含有入口、降支、底段、升支、出口及在升支內裝有熱交換裝置、與熱交換裝置相連接的氣體或液體的輸入管道和輸出管道、驅動裝置以及制冷裝置的外壁及熱交換裝置輸出管道的隔熱結構等。本發(fā)明具有結構簡單、使用方便、且具有有效的局部空氣污染清除作用等特點，適用于城市等局部環(huán)境下空氣污染的清除，具有良好的應用前景。
文檔編號A01G15/00GK1749665SQ20041009648
公開日2006年3月22日 申請日期2004年12月2日 優(yōu)先權日2004年9月15日
發(fā)明者劉鳳鳴 申請人:劉鳳鳴