一款新型车载空气净化器设计

王志勇 徐洪伟

【摘 要】车室内空气中的微粒、细菌、病毒和其它有害物质日益危害着人们的身体健康，特别是长期开车或坐车的人。随着生活水平的提高，人们对自己日常生活和工作的室内空气环境质量的要求和期望也在不断提高，室内空气净化技术成为了环保领域重要的一个新课题。

【关键词】车载空气净化器；滤芯；风机；结构

车载空气净化器，又叫车用空气净化器、汽车空气净化器，是指专用于净化汽车内空气中的异味、细菌病毒、有毒有害气体等车内污染的空气净化器。通常由高压负离子发生器、微风扇、空气过滤器等系统组成。

1车载空气净化器的净化过程

车室内空气 → 进风口 → 滤芯 → 风机 → 出风

2 进出口道的设计

2.1 进出风口可能出现的问题

实际工作时，进出风口设计不当可能会引起风口易堵塞；进风口和出风口的空气会出现循环，起不到全面净化室内空气的作用；出风口的设计不合理，易在风机出口产生高压，引起震动产生噪音。

2.2 进出风口的设计

针对上述问题，为提高净化效果，设计方案是：1、使进风口尽可能与滤芯同大，以便空气与滤芯充分接触，提高净化效果和滤芯的利用率；2、使出风口与风机出口平行，之间无任何障碍，出风口的大小在考虑堵塞的情况下要尽可能大；

2.3 对进出口风箱之间密封性的加强

为了保证净化效果，提高净化效率，空气进出箱之间必须有很好的密封性，使进风口的空气不能混入出风口洁净的空气中，洁净的空气也不能进入进风箱；从而提高空气净化器的净化效果。

3 对风机的选择

3.1 风机额定功率和风量的确定

对于风机的选择主要考虑风机的功率大小对净化效果的影响，风机的功率功率越大单位时间内通过滤芯的空气越多，理论上的净化效率也就越高；但空气中的细菌、异味与滤料要经过一定的时间才能反应完全，所以过快的空气流动速度反而会降低净化器对空气的净化效果。通过实验确定风机的功率和风量大小对滤芯净化效果的影响。

测试平台示意图

1 已经镇定的气流；2 除去气体杂质的过滤器；3 除去固体微粒的过滤器；

4 致污物注入；5 混合器或扩散体；6 温度和湿度检测装置；

7 测试区域；8 HEPA和HESA；9 压差检测；10 气体检测装置；

11 除去气体杂质的过滤器；12 除去固体微粒的过滤；13 流量监测装置；14 风机排出气体

实验的方案：在保证测试箱内的温度和湿度与车内的温度和湿度相当的前提下，镇定后的空气经2和3的净化过滤后，得到的基本是纯净的气体；在4注入的污质的量是可控的，是可知的；经5混合均匀后的气体在8 HEPA和HESA的过滤净化后，在10对气体污质的含量进行检测；最终气体通过风机的作用排出测试平台。将进行实验的10和4的数据进行比较，选择一个最优的方案，最合适的风机，使滤芯的净化效率和速度最好。

3.2 风机类型的选择

目前最常用的有离心式和轴流式风机。结合净化器的内部结构，选择离心式风机更为合理。离心式风机的叶轮有三种：前向型、径向型和后向型。前向型离心风机：叶片出口角度β>90°，产生风压较高，但是效率较低；叶片一般较窄，数量较多；一般用于风量一般，但是压力要求高的区域，应用广泛。径向型离心风机：叶片出口角度β=90°，结构简单生产成本低，但是效率低，目前应用不多。

4净化器电源来源的改进

车载空气净化器的电源主要由点烟器提供的。在本净化器的设计中加入了一个蓄电池，使得净化器在车子熄火后还可以净化车内空气。

5车载净化器的参数及计算

5.1 主要参数

净化器的工作条件是：一要有额定电压的电源，使风机能够正常工作；二滤芯的净化效率要在要大于初始值的50%， 使净化器的净化效果达到标准。

5.1.1 洁净空气量

本标准试验方法测定空气净化器净化空气的能力，按空气污染物的总衰减常数和自然衰减常数之差与试验室容积的乘积计算，用m'/min或m'/h表示。

5.1.2 自然衰减

在试验室内，由于沉降、附聚和表面沉积等自然现象，导致空气中污染物浓度的降低。

5.1.3 总衰减 t

在试验时，试验室内空气中的颗粒物或气体污染物的自然衰减和被运行中的空气净化器去除的总浓度的降低。

5.1.4 额定风量

空气净化器在额定频率和额定电压条件下运行的处理风量，用ms/min或m'/h表示。

5.1.5 净化效率

空气凈化器去除某一种空气污染物的洁净空气量与空气净化器的额定风量的比值，定为空气净化器去除该污染物的净化效率，用%来表示。

5.1.6 净化寿命

当空气净化器运行到去除某一种空气污染物的洁净空气量降低至初始值的50%时所使用的时间，定为空气净化器去除该污染物的净化寿命，用h或d表示。

5.2 相关参数的计算

5.2.1 衰减常数的计算

污染物的衰减常数k，依据下式求出：

（5-1）

式中：-在时间t时的浓度，污染物：脉冲/min；气体：mg/；

-在t=0时的初始浓度，污染物：脉冲/min；气体：mg/；

k-衰减常数，；

t-时间，min。

5.2.2 洁净空气量的计算

空气净化器的性能用洁净空气量（CADR）来表示。洁净空气量的计算方法如下：

CADR=V（- （5-2）

式中：CADR-洁净空气量，/min；

V-实验室的容积，；

-总衰减常数，；

-自然衰减常数，。

5.2.3 净化效率的计算

空气净化器去除某一种污染物的净化效率，用该污染物的洁净空气量与空气净化器的额定风量的比值来表示：

y=CADR/Q （5-3）

式中：y-净化效率，%；

CADR-洁净空气量，/min；

Q-额定风量，/min。

5.2.4 净化器寿命的计算

净化寿命采用空气净化器在净化寿命的试验过程中待实验污染物的平均浓度和运行时间的乘积，再于该污染物的室内空气卫生标准容许浓度的比值来表示。

= （5-4）

式中：-净化寿命，h；

-实验浓度，污染物：脉冲/min；气体：mg/；

-标准容许浓度，污染物：脉冲/min；气体：mg/；

-实验时间，h。

参考文献

[1] 刘庆、陈烈贤、姜鹏明、陈欣伟陈卉、虞锦岚， 中华人名共和国空气净化器标准，2002年8月.

[2] 任俊龙， 基于AVR单片机的空气净化器控制系统的硬件设计与实现，合肥工业大学，硕士论文，2010.03