本發(fā)明涉及空氣凈化器，尤其是一種人造降水式空氣凈化器。

背景技術(shù)：

大氣污染影響人們的日常生活和身體健康。治理大氣污染就是要把混雜在空氣中的顆粒物和有害氣體分離除去?？諝鈨艋鞣N類很多，不論是在大氣污染物排放源頭的煙塵凈化處理設備還是人們工作生活環(huán)境中的室內(nèi)空氣凈化器，其原理上不外乎采用靜電除塵、液體吸收、濾網(wǎng)過濾、催化轉(zhuǎn)化、特殊材料吸附等辦法分離污染物。然而目前空氣污染情況仍然嚴重，從技術(shù)上歸因，現(xiàn)有的各類空氣凈化器或者本身凈化效果不好，或者因設備價格和運行成本太高而用不起。根據(jù)科學原理提出新的技術(shù)思路，制造出成本低廉、效果良好的新型空氣凈化器，才是解決問題的根本出路。

大自然降水（雨、雪等）是最廉價、高效、環(huán)保的大氣除塵凈化過程。直接采用大風大雨式的空氣凈化裝置會消耗巨大的能源和大量水資源，顯然是不可取的。能否將人造降水引入一種特定裝置中，制造出節(jié)能、節(jié)水、高效的空氣凈化器，可以作為研究方向。

形成降水需要同時具備三個條件：空氣中所含的水蒸氣達到飽和狀態(tài)、空氣中存在作為水汽凝結(jié)核的顆粒物、恒定的熱源冷源形成溫度差促使水汽遇冷凝結(jié)。簡單地說，水汽、凝結(jié)核、溫度差構(gòu)成降水三要素。當某地具備降水云層而缺少凝結(jié)核的情況下，通過人為播撒凝結(jié)核，就可以進行人工降水。目前人工降水一詞似乎已經(jīng)被約定俗成定義為“通過人為的手段在云層中播撒凝結(jié)核形成降水”。通過人為手段形成降水的辦法很多，如果設計制造一種裝置，滿足上述降水三要素，就可以在該裝置內(nèi)實現(xiàn)可控的降水。為了區(qū)別約定俗成的人工降水，不妨把特定裝置中可控的降水稱為“人造降水”。

霧霾本身就是氣溶膠，其中含有大量的細小顆粒物，正好作為水汽凝結(jié)的核心。在污染的空氣中加入足量的水，就可以形成飽和水蒸氣。在飽和水蒸氣與周圍環(huán)境之間人為制造溫度差，就可以將飽和水蒸氣冷卻凝結(jié)成液態(tài)甚至固態(tài)的降水。設計人造降水裝置并不困難，如何以盡可能小的用水量和能源消耗量，吸收空氣中盡可能多的顆粒物，達到空氣凈化的目的，是技術(shù)難點之所在。

首先，要有一個體積相對巨大的水汽室，水汽室下部是熱水池，能不斷產(chǎn)生高溫飽和水蒸氣，將污染的空氣與高溫飽和水蒸氣混合貯存在其中。其次，將水汽室中吸收了污染物的高溫飽和水蒸氣通過水汽口進入冷凝室中，遇到冷凝管上的冷源后凝結(jié)成含污染物的降水，自然降落到底部的污水池中，凈化后的空氣從排氣口自然排出。第三，將污水池中的污水通過導水管引入熱水池中，繼續(xù)加熱形成水蒸氣，重復吸收空氣中污染物。由于降水可以蒸發(fā)后重復利用，直到最后吸收足夠的污染物成為高濃度泥漿水通過排污口排出，實際耗水量不大。第四，冷凝管內(nèi)的冷卻用水應該可以循環(huán)使用，減少水資源的消耗。有一個高位冷水箱和一個低位外水池，高位冷水箱中的冷水在冷凝管中流經(jīng)冷卻室，吸收水汽凝結(jié)相變熱能后，冷卻水的溫度有所提高，流到低位外水池后與環(huán)境空氣進行熱交換，重新變成與環(huán)境溫度相近的冷水，經(jīng)過抽水泵和抽水管抽提到高位水箱重復使用。

恒定的熱源和冷源是形成蒸汽和降水的必要條件。如何充分利用能源，始終保持熱飽和水蒸氣與冷卻室之間恒定的溫度差，使降水過程持續(xù)進行。如果熱廢氣從高溫煙囪排出，那么煙囪內(nèi)熱廢氣就是高溫熱源，周圍環(huán)境的冷水就是低溫冷源，不需要人為制造熱源和冷源，只要設計一個裝置始終保持一定的溫差即可。如果常溫下霧霾沒有排放熱廢氣的煙囪，就要通過人工加熱的辦法作為熱源將冷水加熱變成飽和水蒸氣，同時利用環(huán)境冷水作為冷源。也可以根據(jù)熱泵原理，利用壓縮機和制冷工作液體，制造具有恒定熱源和冷源的裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)降水三要素發(fā)明一種人造降水式空氣凈化器，以盡可能小的用水量和能源消耗量，吸收空氣中盡可能多的顆粒物，達到凈化空氣的目的。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案得以實施的：一種人造降水式空氣凈化器，其特征在于，包括用于產(chǎn)生水汽和形成霧霾的水汽室、用于水汽冷凝以及形成降水的冷凝室；

所述水汽室設置有用于輸入外部空氣的進氣口，用于輸出水汽的水汽口，水汽室下部設置有熱水池，熱水池內(nèi)設置有加熱器。

所述水汽室的水汽口連通至冷凝室，即輸出的水汽通過水汽口進入冷凝室，所述冷凝室上部設置有用于排出凈化后空氣的排氣口，冷凝室內(nèi)設置有冷凝管，冷凝室下部設置有污水池。

所述污水池與熱水池之間設置有污水循環(huán)通道，熱水池設置有用于排污的排污口；排污口用于排放高濃度污水。

水汽產(chǎn)生與霧霾形成：含有污染物的空氣由進氣口進入水汽室中，水汽室下部熱水池中的熱水由加熱器加熱后形成熱的飽和水蒸氣向上進入水汽室中，含污染物空氣中的顆粒物或水溶性氣體在水汽室中與水蒸氣充分混合形成高溫飽和的霧霾。

水汽冷凝與降水形成：水汽室中高溫飽和的霧霾通過水汽口（霧霾口）進入冷凝室中，在冷凝管上被冷卻后凝結(jié)形成人造降水，攜帶著污染物落在下部的污水池中，實現(xiàn)空氣凈化；除去了霧霾的凈化空氣從多個排氣口自然排出，進入大氣。

作為優(yōu)選，所述冷凝管的上端連接于冷水箱，冷水箱位于冷凝室上方；冷凝管的下端位于冷凝室之外，冷凝室至外設置有用于承接冷凝管中冷卻水的外水池。

作為優(yōu)選，所述外水池與冷水箱之間連接抽水管，抽水管上設置有抽水泵。

冷卻水降溫復原循環(huán)利用：冷水箱中的冷卻水沿著冷凝管內(nèi)部流動，在冷凝室內(nèi)與高溫飽和霧霾進行熱交換，使霧霾冷卻發(fā)生相變形成人造降水的同時，冷卻水本身溫度升高；溫度升高的冷卻水沿冷凝管流到冷凝室外部的外水池中，與環(huán)境冷空氣進行熱交換，重新變成冷水，被抽水泵經(jīng)抽水管抽提到冷凝室頂部的冷水箱中，再一次作為冷卻水使用。

作為優(yōu)選，所述外水池與熱水池之間連接有補水管。

作為優(yōu)選，所述污水循環(huán)通道設置為連通污水池和熱水池的導水管。

污水補給循環(huán)利用與排污：污水池中的污水通過導水管進入熱水池，及時補充熱水，循環(huán)利用。當水汽室中熱水不足時，可以從導水管將污水引入補充并重復蒸發(fā)利用，也可以通過補水管引入普通的冷水加以補充；當污水濃度過高時，可以通過排污口排出污水。

作為優(yōu)選，所述水汽室的進氣口處設置有鼓風機；含有污染物的空氣通過鼓風機作用經(jīng)過進氣口進入水汽室中。

作為優(yōu)選，所述水汽室頂部設置有一與外部連通的管口，管口上端設置有安全閥；水汽室中，當高溫飽和的霧霾氣壓過高時，可以頂開安全閥并排出部分氣體物質(zhì)，減小壓力，保證水汽室的安全。

綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明的人造降水式空氣凈化器，同時滿足降水三要素，實現(xiàn)人造降水；由于人造降水的實現(xiàn)，可以將空氣中的污染物通過降水轉(zhuǎn)移到污水中，實現(xiàn)空氣凈化；由于污水的重復蒸發(fā)利用濃縮，以及冷卻水的循環(huán)利用，最大限度降低了耗水量和能源消耗量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標號為：1、排污口；2、熱水池；3、鼓風機；4、進氣口；5、加熱器；6、導水管；7、水汽室；8、水汽口；9、安全閥；10、冷水箱；11、排氣口；12、冷凝管；13、抽水管；14、抽水泵；15、冷凝室；16、補水管；17、污水池；18、外水池。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

實施例1：

如圖1所示，一種人造降水式空氣凈化器，包括用于產(chǎn)生水汽和形成霧霾的水汽室7、用于水汽冷凝以及形成降水的冷凝室15；水汽室7由保溫材料作為壁材所構(gòu)成，水汽室7的下部壁面設置有用于輸入外部空氣的進氣口4，進氣口4處設置有鼓風機3；水汽室7頂部設置有一與外部連通的管口，管口上端設置有安全閥9；水汽室7的上部壁面設置有用于輸出水汽的水汽口8，該水汽口8連通至冷凝室15，即輸出的水汽通過水汽口8進入冷凝室15；所述水汽室7下部設置有熱水池2，熱水池2內(nèi)設置有加熱器5，熱水池2底部有一排污口1，用于排出高濃度污水。

所述冷凝室15上部壁面設置有用于排出凈化后空氣的多個排氣口11，冷凝室15內(nèi)設置有冷凝管12，冷凝室15下部設置有污水池17，冷凝室15上方有一冷水箱10，所述冷凝管12設置成蛇形彎曲或者螺旋狀，冷凝管12的上端連接于該冷水箱10，冷凝管12的下端位于冷凝室15之外，冷凝室15外還有一外水池18，用于承接冷凝管中的冷卻水；所述外水池18與冷水箱10之間連接抽水管13，抽水管13上設置有抽水泵14。

所述污水池17與熱水池2之間通過導水管6連通，所述外水池18與熱水池2之間連接補水管16。

人造降水式空氣凈化器包含四個系統(tǒng)：水汽產(chǎn)生與霧霾形成系統(tǒng)、水汽冷凝與降水形成系統(tǒng)、污水補給循環(huán)利用與排污系統(tǒng)、冷卻水降溫復原循環(huán)利用系統(tǒng)。

水汽產(chǎn)生與霧霾形成系統(tǒng)包括：水汽室、水汽室下部的熱水池、熱水池中的加熱器、水汽室的進氣口、與進氣口連接的鼓風機、連通水汽室與冷凝室的水汽口、水汽室頂部的安全閥、水汽室中補充熱水的補水管、水汽室熱水池底部排放高濃度污水的排污口、污水池通往水汽室的導水管。含有污染物的空氣由鼓風機經(jīng)過進氣口進入水汽室中，水汽室下部熱水池中的熱水由加熱器加熱后形成熱的飽和水蒸氣向上進入水汽室中，含污染物空氣中的顆粒物或水溶性氣體在水汽室中與水蒸氣充分混合形成高溫飽和的霧霾。當高溫飽和的霧霾氣壓過高時，可以頂開安全閥并排出部分氣體物質(zhì)，減小壓力，保證水汽室的安全。水汽室中高溫飽和的霧霾通過水汽口（霧霾口）進入水汽冷凝與降水形成系統(tǒng)的冷凝室中。當水汽室中熱水不足時，可以從導水管將污水引入補充并重復蒸發(fā)利用，也可以通過補水管引入普通的冷水加以補充。當污水濃度過高時，可以通過排污口排出污水。

水汽冷凝與降水形成系統(tǒng)包括：冷凝室、冷凝室下部的污水池、冷凝室中的冷凝管、冷凝室頂部與冷凝管相連通的高位冷水箱、冷凝室外部承接冷凝管中冷卻水的外水池、冷凝室中上部多個通往大氣的排氣口、污水池中的導水管連通熱水池。水汽室中形成的高溫飽和的霧霾，通過霧霾口進入冷凝室，在冷凝管上被冷卻后凝結(jié)形成人造降水，攜帶者污染物落在下部的污水池中，實現(xiàn)空氣凈化。除去了霧霾的凈化空氣從多個排氣口自然排出，進入大氣。污水池中的污水通過導水管進入熱水池，及時補充熱水，循環(huán)利用。

污水補給循環(huán)利用與排污系統(tǒng)包括：熱水池、污水池、連接熱水池與污水池的導水管、熱水池通往外界的排污口、外界通往熱水池的補水管、水汽室、冷凝室、連通水汽室與冷凝室的水汽口（霧霾口）、冷凝室中的冷凝管、熱水池中的加熱器。熱水池中的熱水被加熱器加熱后形成水汽，與污染的空氣混合后形成高溫飽和的霧霾，經(jīng)冷凝管冷卻后凝結(jié)成人造降水，落下進入污水池。污水池中的污水通過導水管進入熱水池補充熱水，再一次被加熱成水蒸氣進入下一輪降水過程。熱水池中的熱水反復多次蒸發(fā)后濃縮成高濃度污水，通過排污口排出。補水管將新補充的水送到熱水池中，維持恒定的水量。

冷卻水降溫復原循環(huán)利用系統(tǒng)包括：冷凝室頂部的冷水箱、冷凝室中上端連接冷水箱的冷凝管、冷凝室外承接冷凝管中冷卻水的外水池、抽水泵、抽水管。冷凝室頂部冷水箱中的冷卻水沿著冷凝管內(nèi)部流動，在冷凝室內(nèi)與高溫飽和霧霾進行熱交換。使霧霾冷卻發(fā)生相變形成人造降水的同時，冷卻水本身溫度升高。溫度升高的冷卻水沿冷凝管內(nèi)流到冷凝室外部的外水池中，與環(huán)境冷空氣進行熱交換，重新變成冷水，被抽水泵經(jīng)抽水管抽提到冷凝室頂部的冷水箱中，再一次作為冷卻水使用。

實踐應用中，對于工廠煙囪排放的高溫廢氣，不需要加熱器額外加熱就可以形成大量飽和水蒸氣，降低了能耗。由于利用環(huán)境冷水作為冷卻用水（特別是北方冬季環(huán)境溫度低，可以保障冷卻用水作為恒定的低溫熱源），可以使高溫飽和水蒸氣充分冷卻形成降水，空氣凈化效果良好。實際消耗的能源只有鼓風機和抽水機兩處運輸氣體和液體物質(zhì)所需的能耗。

對于常溫條件下室內(nèi)空氣凈化，需要加熱器加熱才能形成飽和水蒸氣，會消耗一定的能量。冷卻水仍然可以利用環(huán)境冷水，沒有消耗熱能。如果采用熱泵，一端產(chǎn)生熱的飽和水蒸氣，另一端用于水汽的降溫實現(xiàn)人造降水，可以節(jié)約一些能源。

對于水溶性不良但是可以溶于特定有機溶劑或?qū)ｉT吸收劑的特殊污染物，只要將熱水池和污水池中的水改為特定的有機溶劑或?qū)ｉT吸收劑，冷卻水仍然可以利用環(huán)境冷水。冷卻水和吸收劑不能混用。例如吸收化工生產(chǎn)企業(yè)的廢氣，吸收廚房油煙，吸收地下車庫和城市道路上的汽車尾氣，吸收商場、醫(yī)院等特殊場合的空氣污染物，只要找到專門的吸收液，都可以采用該裝置進行空氣凈化。

文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。