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一种适用于地下工程的磁改性氡子体空气净化装置及方法

文献发布时间:2023-06-19 18:46:07


一种适用于地下工程的磁改性氡子体空气净化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种除尘和氡子体净化装置及方法,特别涉及一种适用于地下工程的磁改性氡子体空气净化装置及方法,属于地下工程除尘和氡及氡子体净化技术领域。

背景技术

地下工程环境的特点除了高地应力、高地温、高渗透压之外,伴随而来的还有氡浓度超标和其他粉尘污染,而高浓度粉尘和氡气环境对人体的危害是不可逆的。氡是一种放射性气体元素,广泛存在于地下环境当中。氡表现出对脂肪较高的亲和力,会引起血细胞的显著变化。氡气会被吸附于呼吸道或者肺部,释放的α射线能破坏细胞的DNA,从而诱发癌变。此外,地下工程的资源高强度开发导致粉尘量也日益增大,工人在此环境中作业,极易吸入高浓度的粉尘而导致尘肺病,对地下工作者的生命健康造成了极大的伤害。因此,地下工程的氡及其子体的防治和粉尘防治是地下工作者职业健康迫切需要解决的重大问题,如何科学有效的对地下环境中氡气和粉尘进行治理已成为我国地下工程研究领域迫在眉睫的技术问题。

目前,对氡气和粉尘进行治理的装置市面上应用较少,大多数是采用活性炭吸附氡子体、粉尘的方法净化空气。如授权公告号为CN206746304U的中国实用新型专利公开了一种具有放射性氡滤除功能的空气净化装置,其通过在活性炭纤维滤网上设置有能够与放射性氡反应的涂层,并将活性炭纤维滤网可拆卸地设在所述导风组件上,采用反应与吸附相配合的方式,以滤除空气中的放射性氡。

现有装置虽能够在一定程度上去除空气中的氡子体和粉尘,但也存在以下问题:

1、氡子体过滤能力不高且需更换滤芯。现有的氡子体空气净化器大多采用活性炭吸附氡子体的方法净化空气。活性炭对小粒径的氡子体吸附能力不强,且使用一段时间后需要人工净化活性炭滤芯,易对人体造成二次伤害。

2、不具备对环境二次净化的功能。现有空气净化器大多是将污浊空气通过滤芯过滤后将干净空气排出,这种方式净化效果不高,适用于低氡和低粉尘环境,不适用于地下工程中高浓度粉尘和氡及其子体的环境中,当然更不能实现根据地下工程环境中粉尘和氡子体浓度的实际情况进行功能切换。

发明内容

基于上述技术问题,本发明提出一种适用于地下工程的磁改性氡子体空气净化装置,以及采用上述装置的空气净化方法。

本发明所采用的技术解决方案是:

一种适用于地下工程的磁改性氡子体空气净化装置,包括外壳,在外壳上设置有透气孔,在外壳的中心设置有磁化系统以及除尘和净化系统,在外壳的内侧周圈还设置有过滤与吸附系统;

所述过滤与吸附系统包括PP棉过滤层、活性炭过滤与吸附层以及驻极体材料过滤吸附层,PP棉过滤层贴近外壳布置,活性炭过滤与吸附层处于PP棉过滤层与驻极体材料过滤吸附层之间;

所述磁化系统包括磁化水箱,在磁化水箱的内部设置有第一磁铁和第二磁铁,在第一磁铁和第二磁铁之间形成磁感线;在磁化水箱的内部还设置有涡轮,涡轮通过传动轴与电机传动连接,涡轮旋转时驱动磁化水箱内的水体作漩涡运动切割磁感线;

所述除尘和净化系统包括空气泵、水泵、用于向外部环境喷射磁化水雾的第一雾化喷头和用于反冲洗净化驻极体材料过滤吸附层的第二雾化喷头,第一雾化喷头设置在外壳的顶部,第二雾化喷头设置在外壳的内部;空气泵通过气体输送管路与第一雾化喷头连接,水泵的进口通过第一磁化水输送管路与磁化水箱连通,水泵的出口通过第二磁化水输送管路与第一雾化喷头连接,水泵的出口还通过第三磁化水输送管路与第二雾化喷头连接。

优选的,所述磁化水箱设置在外壳内部的中心位置处,磁化水箱与外壳的顶部之间形成第一安装腔室,所述水泵设置于第一安装腔室中,第一雾化喷头设置在第一安装腔室的顶部;

所述过滤与吸附系统充填在磁化水箱与外壳的侧壁之间,且在磁化水箱的底部留有第二安装腔室,第二安装腔室通过过滤与吸附系统、外壳与外部环境相连通,所述空气泵、第二雾化喷头和电机均设置在第二安装腔室中,在第二安装腔室中还设置有与空气泵相连接的供电电源。

优选的,在磁化水箱的下方设置有屏蔽铅板,所述电机设置在屏蔽铅板的底面;所述第一磁铁和第二磁铁均水平布置,第一磁铁位于磁化水箱的顶部,第二磁铁位于磁化水箱的底部,所述涡轮设置在第二磁铁的中心处;在屏蔽铅板、磁化水箱底面和第二磁铁的中心设置有方便传动轴穿过的贯通轴孔。

优选的,在外壳的底部设置有用于收集富放射性水体的污水箱,污水箱的上部通过下水管连通过滤与吸附系统,下水管设置在正对过滤与吸附系统中的驻极体材料过滤吸附层处;在污水箱的底部设置有排水管;所述污水箱的壳体采用铅材料加工制成,或在污水箱的壳体表面包覆铅层。

优选的,在气体输送管路上设置有第一控制阀和第三控制阀,在第三磁化水输送管路上设置有第二控制阀和第四控制阀,在第二磁化水输送管路上设置有第五控制阀;所述第一磁化水输送管路还连接有注水管路,在注水管路上设置有第六控制阀。

优选的,所述第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀和第六控制阀均为电动控制阀,且均与控制装置连接;在磁化水箱的内部设置有液位监测装置,液位监测装置与控制装置连接;所述空气泵、水泵和电机也均与控制装置连接。

优选的,所述控制装置还分别连接有用于监测外部环境粉尘浓度的粉尘浓度监测装置以及用于监测外部环境氡气浓度的氡气浓度监测装置;

在外壳的外表面设置有用于实时显示粉尘浓度和氡气浓度的监测显示面板,监测显示面板与控制装置连接。

优选的,在外壳的外表面还设置有操作面板,在操作面板上设置有水体磁化功能按键、空气净化功能按键、磁化喷雾功能按键和设备自净功能按键,操作面板也与控制装置连接。

优选的,所述外壳是由金属材料加工制成的;该空气净化装置整体呈锥形结构,在外壳的底部还设置有方便移动的万向轮。

一种适用于地下工程的磁改性氡子体空气净化方法,采用如上所述的空气净化装置,包括以下步骤:

(1)打开第六控制阀,通过注水管路和第一磁化水输送管路向磁化水箱中注水,然后启动电机,电机通过传动轴带动涡轮旋转,水体在涡轮的作用下在第一磁铁和第二磁铁之间的磁场中做漩涡运动,切割磁感线,获得磁化水;

(2)关闭第六控制阀,打开第五控制阀,将磁化水箱中获得的磁化水通过第一磁化水输送管路、水泵和第二磁化水输送管路输送至第一雾化喷头;

同时,启动空气泵,外部环境中的空气先经过滤与吸附系统过滤,灰尘被过滤在PP棉过滤层,大粒径氡和氡子体被吸附在活性炭过滤与吸附层,小粒径氡和氡子体被吸附在驻极体材料过滤吸附层;开启第一控制阀和第三控制阀,过滤后的干净的空气经空气泵和气体输送管路输送至第一雾化喷头;

在第一雾化喷头中,干净的空气与磁化水相混合,形成不同湿度的含磁化水雾珠的气体,随后喷射至外部环境中,捕捉外界的粉尘和氡及其子体,增加氡及其子体的粒径,使过滤与吸附系统更好的过滤吸附;此外,形成的大粒径粉尘在重力的作用下加速沉降,起到环境降尘的作用;

(3)当外部环境中的粉尘浓度和氡气浓度低于设定值时,关闭第一控制阀、第三控制阀和第五控制阀,打开第二控制阀和第四控制阀,磁化水箱中的磁化水在水泵的作用下经第一磁化水输送管路、第三磁化水输送管路输送至第二雾化喷头;

通过第二雾化喷头17朝向驻极体材料过滤吸附层13喷洒磁化水雾,磁化水雾与驻极体材料过滤吸附层上吸附的氡子体结合,在重力作用下经下水管自然沉降至污水箱中衰变,待衰变之后再经排水管排出污水箱。

本发明的有益技术效果是:

1、本发明空气净化装置具有三重净化作用:一是可以将外界的空气经过过滤与吸附系统层层净化,粉尘和大粒径的氡子体被过滤在PP过滤层和活性炭过滤与吸附层,小粒径的氡子体被过滤在驻极体材料过滤吸附层中,被密集的细微静电场捕捉,从而净化空气。二是过滤吸附后的干净空气与磁化水结合雾化输出至外部环境中,因磁化水雾具有更好的润湿性和表面张力所以能够更好的与粉尘和氡子体结合形成更大粒径的结合物,使粉尘更容易沉降,使氡子体更容易被本装置过滤吸附。三是内部的磁化水喷头即第二雾化喷头所喷出的磁化水雾可以与驻极体材料过滤吸附层上吸附的氡子体结合,因驻极体材料的疏水性可以使含氡子体水体重力沉降到铅制污水箱中,实现吸附材料的自动净化。

2、本发明空气净化装置能耗低:装置采用磁化水与传统吸附相结合的方法净化空气,能耗小于同体量静电吸附的净化器,且对环境无任何危害。

3、本发明空气净化装置使用维护安全方便,对人员和环境不会造成二次伤害:通过在装置内部设置磁化水喷头进行反清洗,可使得富氡子体驻极体材料等原位净化,无需人工将滤芯取出净化,避免人员与富氡子体直接接触导致的二次伤害。原位净化后的水体沉降至污水箱中衰变后排放至外界环境中。

4、本发明空气净化装置智能化程度高,所设置的监测显示面板显示浓度异常后,可自动进行响应。例如在低氡高粉尘环境中,可以直接向外部输出磁化水进行喷雾降尘。在高氡低粉尘环境中,可以直接对氡子体进行物理吸附和静电吸附,再使用磁化水内部喷头净化吸附材料。在高氡高粉尘环境中,可以将装置吸附和磁化水喷雾相结合。

5、本发明方法操作简单方便,可根据外部环境中粉尘和氡子体浓度的情况进行不同功能间自由切换,智能化程度高,而且安全环保,可适合在地下工程空气净化中推广应用。

6、本发明将地下工程的降氡与除尘集于一体,能够实现氡及其子体的吸附与吸附材料的自我净化,以及对空气的过滤和磁化水降尘的双重净化。本发明操作简单,移动方便,能够显著改善地下工程高浓度的氡环境和尘土弥漫时间长的现象。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明:

图1为本发明磁改性氡子体空气净化装置的剖面示意图,图中示出装置的内部结构;

图2为本发明磁改性氡子体空气净化装置的外部示意图;

图3为本发明磁改性氡子体空气净化装置中磁化水箱部分的结构原理示意图,图中示出水体磁化改性效应;

图4为本发明磁改性氡子体空气净化装置中第一雾化喷头、第二雾化喷头等各部件连接的结构原理示意图;

图5为本发明磁改性氡子体空气净化装置中各部件的连接原理框图。

图中:1-第一雾化喷头,2-外壳,3-监测显示面板,4-操作面板,5-开关,6-排水管,7-污水箱,8-万向轮,9-注水管路,10-水泵,11-PP棉过滤层,12-活性炭过滤与吸附层,13-驻极体材料过滤吸附层,14-磁化水箱,15-屏蔽铅板,16-电机,17-第二雾化喷头,18-空气泵,19-供电电源,20-下水管,21-第三磁化水输送管路,22-支撑底座,23-第一磁铁,24-第一磁化水输送管路,25-水体,26-液位监测装置,27-涡轮,28-第二磁铁,29-贯通轴孔,30-气体输送管路,31-第二磁化水输送管路,32-控制装置,33-粉尘浓度监测装置,34-氡气浓度监测装置,K1-第一控制阀,K2-第二控制阀,K3-第三控制阀,K4-第四控制阀,K5-第五控制阀,K6-第六控制阀。

具体实施方式

结合附图,一种适用于地下工程的磁改性氡子体空气净化装置,包括外壳2,在外壳2上设置有透气孔,使其具有透气性。在外壳2的中心设置有磁化系统以及除尘和净化系统,在外壳2的内侧周圈还设置有过滤与吸附系统。所述过滤与吸附系统从外至内依次包括PP棉过滤层11、活性炭过滤与吸附层12以及驻极体材料过滤吸附层13,PP棉过滤层11贴近外壳2布置,活性炭过滤与吸附层12处于PP棉过滤层11与驻极体材料过滤吸附层13之间。所述磁化系统包括磁化水箱14,在磁化水箱14的内部设置有第一磁铁23和第二磁铁28,在第一磁铁23和第二磁铁28之间形成磁感线。在磁化水箱14的内部还设置有涡轮27,涡轮27通过传动轴与电机16传动连接,通过电机16驱动涡轮27旋转时,涡轮27驱动磁化水箱14内的水体25作漩涡运动切割磁感线。所述除尘和净化系统包括空气泵18、水泵10、第一雾化喷头1和第二雾化喷头17,第一雾化喷头1设置在外壳2的顶部,用于向外部环境喷射磁化水雾,达到与氡子体和灰尘润湿结合从而使外部环境改性的作用。第二雾化喷头17设置在外壳2的内部,用于反冲洗净化驻极体材料过滤吸附层13。空气泵18通过气体输送管路30与第一雾化喷头1连接。水泵10的进口通过第一磁化水输送管路24与磁化水箱连通,第一磁化水输送管路24的末端延伸至磁化水箱14的底部并固定。水泵的出口通过第二磁化水输送管路31与第一雾化喷头1连接,水泵的出口还通过第三磁化水输送管路21与第二雾化喷头17连接。

本发明通过供电电源19带动空气泵18运作,使外界含氡及其子体的污浊空气经过过滤与吸附系统,以净化得到干净的空气。同时通过电机16运作,以控制磁化水箱内涡轮27的转速,利用涡轮带动水体作水平方向上的漩涡运动,在竖直方向上的磁场中切割磁感线,实现水体切割磁化的速度、时间可控。磁化水体与净化后的空气在第一雾化喷头1中雾化,从而实现磁化水向外喷雾捕捉外界环境的氡子体,或磁化水体在第二雾化喷头17中雾化,实现向内喷雾净化驻极体上吸附的氡子体。

本发明将过滤与吸附系统与磁化系统相结合,通过磁化系统使水体改性,与外部环境粉尘和氡及其子体润湿结合,从而使之更好的被过滤与吸附系统净化。本发明降氡与除尘一体装置的净化包含空气的双重净化(大粒径粉尘的重力沉降与小粒径粉尘的吸附过滤)与氡及其子体的净化和吸附材料的自动净化。

作为对本发明的进一步设计,所述磁化水箱14设置在外壳2内部的中心位置处,磁化水箱与外壳的顶部之间形成第一安装腔室,所述水泵10设置于第一安装腔室中,第一雾化喷头1设置在第一安装腔室的顶部。所述过滤与吸附系统充填在磁化水箱与外壳的侧壁之间,且在磁化水箱的底部留有第二安装腔室,第二安装腔室通过过滤与吸附系统、外壳与外部环境相连通。所述空气泵18、第二雾化喷头17和电机16均设置在第二安装腔室中,在第二安装腔室中还设置有与空气泵18相连接的供电电源19。本发明装置采用上述结构布置方式,布局较为合理,即能实现外部环境的高效净化,又尽可能减小装置整体体积,占用空间小。

更进一步的,在磁化水箱14的下方设置有屏蔽铅板15,屏蔽铅板15起到屏蔽磁铁对电机16的影响和装置支撑的作用。所述电机16设置在屏蔽铅板15的底面。电机16可采用10-13片叶轮的数控电动马达。所述第一磁铁23和第二磁铁28均水平布置,第一磁铁23位于磁化水箱14的顶部,第二磁铁28位于磁化水箱14的底部。所述涡轮27设置在第二磁铁28的中心处。在屏蔽铅板、磁化水箱底面和第二磁铁的中心设置有方便传动轴穿过的贯通轴孔29。

进一步的,在外壳2的底部设置有用于收集富放射性水体的污水箱7,污水箱7的上部通过下水管20连通过滤与吸附系统,下水管20设置在正对过滤与吸附系统中的驻极体材料过滤吸附层13处。因驻极体材料的疏水性,磁化水雾结合驻极体材料吸附的氡及其子体后,在重力作用下通过下水管20进入污水箱7。在污水箱7的底部设置有排水管6。所述污水箱的壳体采用铅材料加工制成,厚度为2cm,从而屏蔽污水中的放射性元素,使其在污水箱中自然衰变。

本发明通过增设污水箱7,可将原位净化后的水体沉降至污水箱7中衰变,并待衰变后通过排水管6排放至外界环境中。污水箱7的壳体采用铅材料加工制成,可避免污水衰变时对外部造成辐射伤害。

更进一步的,在气体输送管路30上设置有第一控制阀K1和第三控制阀K3。在第三磁化水输送管路21上设置有第二控制阀K2和第四控制阀K4,在第二磁化水输送管路31上设置有第五控制阀K5。所述第一磁化水输送管路24还连接有注水管路9,以向磁化水箱14中补充水源,在注水管路9上设置有第六控制阀K6。

进一步的,所述第一控制阀K1、第二控制阀K2、第三控制阀K3、第四控制阀K4、第五控制阀K5和第六控制阀K6均为电动控制阀,且均与控制装置32连接。在磁化水箱的内部设置有液位监测装置26,液位监测装置26与控制装置32连接。所述空气泵18、水泵10和电机16也均与控制装置32连接。

进一步的,所述控制装置32还分别连接有用于监测外部环境粉尘浓度的粉尘浓度监测装置33以及用于监测外部环境氡气浓度的氡气浓度监测装置34。在外壳2的外表面设置有用于实时显示粉尘浓度和氡气浓度的监测显示面板3,监测显示面板3与控制装置32连接。在外壳2的外表面还设置有操作面板4,在操作面板4上设置有水体磁化功能按键、空气净化功能按键、磁化喷雾功能按键和设备自净功能按键,在操作面板4的左上角还设置有开关5,操作面板4也与控制装置32连接。

使用者可通过操控操作面板4,以进行空气净化装置各功能之间的切换。具体如下:先触摸操作面板的开关5,点击水体磁化功能按键,磁化水箱14自动上水,上水完成后,电机16带动涡轮27旋转。水体在涡轮的作用下在磁场中做漩涡运动,切割磁感线,获得磁化水。返回主界面,点击空气净化功能按键,空气泵18启动,使得外部空气由三级滤网即过滤与吸附系统吸入空气泵18内。灰尘被过滤在PP棉过滤层11,大粒径氡和氡子体被吸附在活性炭过滤与吸附层12中,小粒径氡和氡子体被吸附在带静电的驻极体材料过滤吸附层13。干净的空气由空气泵18导入装置顶端的第一雾化喷头1中与磁化水相结合。点击磁化喷雾功能按键,可以发射不同湿度的含磁化水雾珠的气体至空气中捕捉外界的粉尘和氡及其子体。增加氡及其子体的粒径,使装置更好的过滤吸附。此外,大粒径粉尘在重力的作用下加速沉降,也可以起到环境降尘的作用。待监测显示面板粉尘浓度和氡气浓度低于设定值时,点击设备自净功能按键,在水泵10的作用下磁化水体输送至装置内部第二雾化喷头17中,向装置内部喷洒磁化水雾。磁化水雾与疏水性驻极体材料上吸附的氡子体结合,在重力作用下自然沉降至铅制污水箱中衰变,待衰变之后排出设备。

更进一步的,所述外壳2是由金属材料加工制成的。该空气净化装置整体呈锥形结构,采用该结构布置方式,可使得装置占用空间体积小,同时尽可能与外界环境有较大的接触面积,对空气中的粉尘及氡子体吸附效率高。在外壳2的底部还设置有万向轮8,以方便装置整体的移动。在外壳2的底部中心,且位于污水箱7的中心位置处设置有支撑底座22,支撑底座22可对供电电源19等起到支撑作用,并可增强装置的整体强度。

本发明空气净化装置集磁化水降氡与除尘为一体,装置中的过滤与吸附系统、磁化系统等可独立设置,方便拆分与组装,在外壳中也可相应设置支撑骨架。

上述电机16、空气泵18、水泵10等电器的外部均涂有厚度为0.2mm的耐磨防腐层,同时可进一步夹杂或增设一层柔性防水材料层。

上述驻极体材料可选择聚偏氟乙烯、氟化乙丙烯共聚物等高聚物驻极体,其吸附原理是驻极体表面纤维带电荷,在高密度的驻极体材料层实现对氡及其子体的纤维机械阻挡与静电吸附的双重净化。

上述气体输送管路30和第三磁化水输送管路21均沿磁化水箱14的外侧壁布置,其中图4示出一种布置方式的结构,图1中第三磁化水输送管路21的部分段体未展示出。上述第二雾化喷头17也可进一步与空气泵18连接。

本发明提供了一种适用于地下工程的磁改性氡子体空气净化装置,不同于简单的吸附氡及其子体和喷雾除尘方式,该装置将磁化水运用到氡及其子体的净化上,通过水体在磁场中做漩涡运动切割磁感线,使水体的润湿性、表面张力和黏度等性质发生改变,再通过第一雾化喷头与外界空气的氡及其子体相结合使其粒径增加,更容易被活性炭和驻极体双层过滤吸附系统捕捉到。该装置设置向内向外两部雾化喷头,方便对吸附材料进行自净,无须人工更换驻极体材料,避免对人员造成二次伤害。磁化方式选择水体在涡轮的作用下在磁场中形成高速旋转的涡流,使磁化时间可控,增大磁化效果。

本发明还提供一种适用于地下工程的磁改性氡子体空气净化方法,采用如上所述的空气净化装置,包括以下步骤:

(1)打开第六控制阀K6,通过注水管路9和第一磁化水输送管路24向磁化水箱14中注水,然后启动电机16,电机16通过传动轴带动涡轮27旋转,水体在涡轮的作用下在第一磁铁23和第二磁铁28之间的磁场中做漩涡运动,切割磁感线,获得磁化水。

(2)关闭第六控制阀K6,打开第五控制阀K5,将磁化水箱14中获得的磁化水通过第一磁化水输送管路24、水泵10和第二磁化水输送管路31输送至第一雾化喷头1。

同时,启动空气泵18,外部环境中的空气先经过滤与吸附系统过滤,灰尘被过滤在PP棉过滤层11,大粒径氡和氡子体被吸附在活性炭过滤与吸附层12,小粒径氡和氡子体被吸附在驻极体材料过滤吸附层13。开启第一控制阀K1和第三控制阀K3,过滤后的干净的空气经空气泵18和气体输送管路30输送至第一雾化喷头1。在第一雾化喷头1中,干净的空气与磁化水相混合,形成不同湿度的含磁化水雾珠的气体,随后喷射至外部环境中,捕捉外界的粉尘和氡及其子体,增加氡及其子体的粒径,使过滤与吸附系统更好的过滤吸附。此外,形成的大粒径粉尘在重力的作用下加速沉降,起到环境降尘的作用。

(3)当外部环境中的粉尘浓度和氡气浓度低于设定值时,关闭第一控制阀K1、第三控制阀K3和第五控制阀K5,打开第二控制阀K2和第四控制阀K4。磁化水箱14中的磁化水在水泵10的作用下经第一磁化水输送管路24、第三磁化水输送管路21输送至第二雾化喷头17。通过第二雾化喷头17朝向驻极体材料过滤吸附层13喷洒磁化水雾。磁化水雾与驻极体材料过滤吸附层上吸附的氡子体结合,在重力作用下经下水管自然沉降至污水箱7中衰变,待衰变之后再经排水管6排出污水箱7。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。

技术分类

06120115687698