本發明涉及空氣凈化設備技術領域，更具體地說，特別涉及一種空氣中放射性氣溶膠消除裝置。
背景技術：
目前，針對放射性氣溶膠消除的方案大多以過濾消除為主，這意味著消除氣溶膠的能力在很大程度上取決于過濾網的性能。
在現有技術中，使用較為主流的高效過濾網只能過濾掉0.3mm以上的細小粒徑氣溶膠粒子，對直徑更小的氣溶膠顆粒則無法對其進行過濾。即便如此，在一些高精尖端領域內，高效過濾網的使用也不是很普遍。
因此，在我國還沒有使用高效能的過濾網對放射性氣溶膠進行過濾的裝備。
技術實現要素：
(一)技術問題
綜上所述，如何提供一種能夠對微小氣溶膠顆粒進行有效過濾的設備，成為了本領域技術人員亟待解決的問題。
(二)技術方案
針對上述關于技術背景方面的簡單介紹，本發明結合了過濾技術和超聲凝聚技術(當超聲波通過有懸浮顆粒的流體媒介時，懸浮顆粒開始與媒介一起振動但由于大小不同的顆粒具有不同的相對振動速度，顆粒將會相互碰撞、粘合，體積和質量都變大繼而由于顆粒變大不能跟隨聲振動運動，而是作無規則運動，繼續碰撞、粘合、變大，最后沉降下來)，使得該發明能夠有效對空氣中的放射性氣溶膠進行清除。
本發明提供了一種空氣中放射性氣溶膠消除裝置，該裝置包括：
設備主體，于所述設備主體的頂端開設有進氣口，于所述設備主體的底端開設有出氣口，于所述設備主體內設置有安裝室；
設置于所述安裝室內、用于對氣體進行過濾的過濾設備，所述過濾設備包括有一級過濾組件以及二級過濾組件，于所述安裝室內、自所述進氣口朝向所述出氣口方向、所述一級過濾組件以及所述二級過濾組件依次排列設置，所述一級過濾組件以及所述二級過濾組件間隔設置、并形成有處理空間；
用于對氣體中小顆粒分子進行超聲波處理的超聲波處理組件，所述超聲波處理組件設置于所述處理空間內，所述超聲波處理組件包括有超聲波發生器以及超聲波反射板，所述超聲波發生器連接有換能器輻射頭，所述換能器輻射頭與所述超聲波反射板相對設置，所述換能器輻射頭與所述超聲波反射板間隔設置、并形成有用于氣體通過的超聲波處理通過通道；
用于對微小顆粒進行靜電除塵的靜電除塵系統，所述靜電除塵系統設置于所述安裝室內、并位于所述二級過濾組件的下端，所述靜電除塵系統包括有靜電除塵單元，所述靜電除塵單元設置有多個，全部的所述靜電除塵單元橫向排列設置，相鄰的兩個所述靜電除塵單元之間形成有用于氣體通過的靜電處理通道；
于所述靜電除塵系統的下端設置有用于加速氣體流通的風機，所述風機設置于所述安裝室內、并與所述出氣口相對設置。
優選地，本發明還包括有冷卻系統，所述冷卻系統包括有水箱、水泵以及冷卻水管，所述冷卻水管設置于所述超聲波發生器上，所述冷卻水管的兩端與所述水箱連通、形成有冷卻水循環回路，所述水泵設置于所述冷卻水管上、用于實現冷卻水的循環流通。
優選地，所述一級過濾組件包括有預過濾器以及中效過濾器，所述預過濾器以及所述中效過濾器于所述安裝室內羅列設置，所述預過濾器設置于所述中效過濾器的上側。
優選地，所述預過濾器包括有過濾器構架以及濾布，所述過濾器構架設置于所述安裝室內、并與所述安裝室的內壁固定連接，所述濾布罩設于所述過濾器構架上。
優選地，于所述靜電除塵系統的下側設置有漏斗狀的集氣罩，所述集氣罩上開設有集氣口，所述風機設置于所述集氣口上。
優選地，于所述安裝室內設置有探測器，所述探測器設置于所述風機以及所述出氣口之間。
優選地，所述進氣口開設有多個，全部的所述進氣口圍繞所述設備主體等間隔設置；于所述進氣口上設置有進氣百葉窗組件。
優選地，所述設備主體包括有設備外殼以及設備內壁，所述設備內壁設置于所述設備外殼內、并形成所述安裝室，于所述設備外殼上設置有所述進氣口以及所述出氣口；于所述設備外殼以及所述設備內壁之間設置有隔音棉。
(三)有益效果
基于上述結構設計，在本發明使用過程中，含有雜質的氣體先通過孔徑較大的過濾裝置對空氣進行初步過濾，之后提升濾網性能進一步進行過濾。考慮到此時大多數氣溶膠顆粒已被濾除，可以應用超聲波在封閉空間被產生的駐波對剩余的空氣進行照射，使得直徑較小的顆粒在震動的過程中互相接觸凝聚。之后，使用高效過濾網進行最終過濾。這樣層層過濾，使得過濾效果得到明顯的提升。本發明的改進重點在于：結合了過濾技術和超聲凝聚技術(當超聲波通過有懸浮顆粒的流體媒介時，懸浮顆粒開始與媒介一起振動但由于大小不同的顆粒具有不同的相對振動速度，顆粒將會相互碰撞、粘合，體積和質量都變大繼而由于顆粒變大不能跟隨聲振動運動，而是作無規則運動，繼續碰撞、粘合、變大，最后沉降下來)，使得該發明能夠有效對空氣中的放射性氣溶膠進行清除。
附圖說明
圖1為本發明實施例中空氣中放射性氣溶膠消除裝置的結構示意圖；
在圖1中，部件名稱與附圖編號的對應關系為：
設備主體1、進氣口2、二級過濾組件3、超聲波發生器4、
超聲波反射板5、換能器輻射頭6、靜電除塵單元7、
靜電處理通道8、風機9、預過濾器10、中效過濾器11、
集氣罩12、探測器13、隔音棉14。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。
在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上；術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
請參考圖1，圖1為本發明實施例中空氣中放射性氣溶膠消除裝置的結構示意圖。
本發明提供了一種空氣中放射性氣溶膠消除裝置，用于對氣體中包含的顆粒物雜質(尤其是具有放射性的顆粒物、膠狀物)進行高效清除。
在本發明的一個實施方式中，該放射性氣溶膠消除裝置包括有如下組成部分：
1、設備主體
在本發明中，設備主體1可以采用圓柱體結構設計，也可以采用長方體或者其他柱體結構。在使用時，設備主體1豎直放置，在設備主體1的頂端開設了進氣口2，于設備主體1的底端開設了出氣口，于設備主體1內設置有安裝室。基于該結構設計，在安裝室內設置有能夠對氣體進行過濾的過濾設備，含有雜質的空氣由進氣口2進入到設備主體1內，在經過安裝室的過程中，由過濾設備進行過濾，之后潔凈的氣體由出氣口排出，從而實現氣體凈化。
2、過濾設備
過濾設備用于實現氣體過濾，過濾設備設置在安裝室內，過濾設備包括有一級過濾組件以及二級過濾組件3，于安裝室內、自進氣口2朝向出氣口方向、一級過濾組件以及二級過濾組件3依次排列設置，一級過濾組件以及二級過濾組件3間隔設置、并形成有處理空間。
在本發明的一個實施方式中，一級過濾組件包括有預過濾器10以及中效過濾器11，預過濾器10以及中效過濾器11于安裝室內羅列設置，預過濾器10設置于中效過濾器11的上側。其中，預過濾器10包括有過濾器構架以及濾布，過濾器構架設置于安裝室內、并與安裝室的內壁固定連接，濾布罩設于過濾器構架上。
在本發明中，預過濾器10主要用于截留5mm以上的懸浮性微粒和10mm以上的塵降性微粒以及各級異物。過濾器構架采用不銹鋼框架結構，濾布采用23mm厚的g3級無紡布制成，通過卡槽的方式固定在過濾器構架上。過濾器構架可以通過螺栓、卡接等方式固定設置在安裝室內。
中效過濾器11用于過濾掉大部分1mm～10mm的懸浮性微粒，根據結構及技術指標，中效過濾器11選用ve01型核級中效過濾器，該中效過濾器11技術參數如下：過濾效率：45％(計數法，>0.5mm)；初阻力：≤100pa；額定風量：3400m3/h。
3、超聲波處理組件
超聲波處理組件用于對氣體中小顆粒分子進行超聲波處理，超聲波處理組件設置于處理空間內，超聲波處理組件包括有超聲波發生器4以及超聲波反射板5，超聲波發生器4連接有換能器輻射頭6，換能器輻射頭6與超聲波反射板5相對設置，換能器輻射頭6與超聲波反射板5間隔設置、并形成有用于氣體通過的超聲波處理通過通道。
超聲波處理組件由超聲波發生器4以及反射板構成，超聲波處理組件用于產生一定頻率和振幅的超聲波。超聲波發生器4以及反射板構成一個聲波通過通道，由換能器輻射頭6(換能器)向反射板發射超聲波形成超聲波聲場。氣體通過聲波通過通道時，氣溶膠粒子與氣體一起振動，粒子之間相互碰撞、摩擦、粘合，部分粒子被電離，最終形成大顆粒并增加了荷電量，這樣有利于高效過濾器及靜電除塵器對粒子的收集。選擇適當的超聲波頻率和振幅，可以將未過濾掉的亞微米級氣溶膠粒子凝聚為微米量級粒子，以提高后續高效過濾器及高壓靜電除塵器的收集效率。
超聲波發生器4用于產生一定頻率和振幅的超聲波，并通過換能器和振動圓盤將超聲波輻射到空氣中。根據方案設計及技術要求，超聲波發生器4選用acq-600型超聲波發生器，該超聲波發生器4的技術參數如下：發生器頻率：20khz；振幅：20μm。
為了解決空氣與換能器的聲阻抗嚴重失配問題，本發明采用由縱向振動夾心式換能器與彎曲振動薄圓盤組成的復合式換能器。換能器輻射頭6技術參數如下：圓盤直徑：270mm；厚度：3mm；材料：硬鋁。
超聲波反射板5置于換能器對面，用于反射振動圓盤發射的超聲波，在換能器與反射板之間形成超聲波駐波場，增強氣溶膠粒子的凝聚效果。要形成駐波場，換能器與反射板之間的間距需滿足以下關系式：
式中：λ－超聲波波長，長度單位為mm，n＝0,1,2,…。
在本發明的一個具體實施方式中，安裝室內形成的風道，其橫截面大小為610mm×610mm，20khz的超聲波波長為17mm，因此間距取d＝150mm。直接以內壁鋼質金屬材料為反射板，超聲到達反射板時，波陣面會變大，因此反射高度設計為180mm，長度610mm。
4、靜電除塵系統
靜電除塵系統用于對微小顆粒進行靜電除塵，靜電除塵系統設置于安裝室內、并位于二級過濾組件3的下端，靜電除塵系統包括有靜電除塵單元7，靜電除塵單元7設置有多個，全部的靜電除塵單元7橫向排列設置，相鄰的兩個靜電除塵單元7之間形成有用于氣體通過的靜電處理通道8。
靜電除塵系統采用高壓靜電除塵，靜電除塵系統功能是對高效過濾器無法過濾的小粒徑氣溶膠粒子進行收集過濾。
靜電除塵系統工作原理：系統產生的高壓對氣體進行電離，使氣體中的氣溶膠粒子荷電，荷電粒子在通過靜電場的過程中被收集，有利于操作場所空氣中的钚以及其它微小氣溶膠粒子的去除。
靜電除塵系統采用雙區正電暈放電，減少臭氧和氮氧化物的產生。電暈區由電暈線和極板組成，電暈線加高壓后使周圍氣體電離，氣溶膠粒子在氣體電離過程中荷電。
電暈電壓uc由下式計算：
參照電除塵的工業應用，電暈線采用鎢絲制成的圓形線，線半徑0.2mm，極板間距30mm，相鄰極板間電暈線數目為1，極板高度50mm，長度為風道寬度610mm，由上述公式計算得到電暈線電壓等于8000v。
靜電除塵系統由靜電除塵單元7組成，靜電除塵單元7由收塵極板和電極板組成，用于收集荷電氣溶膠粒子。集塵板中間的電極板加正高壓，板線間產生正電場，帶正電荷的氣溶膠粒子進入收塵極板通道，在正電場作用下被收塵極板收集。
電極板電壓設計計算式如下：
u0＝e0b
參照電除塵的工業應用，收塵極板間距2b＝10mm，平均電場強度e0為8kv/cm左右，代入上述公式得u0＝4000v，收塵極板與電極板均采用厚度為0.23mm鋁金屬板。為了與風道尺寸相符，單個收塵極板高度610mm。
收塵極板高度設計如下：收塵極板高度l與總面積a存在如下關系式：
式中：n－極板通道個數，n＝610/2b；l－收塵極板高度，單位為米。
參照電除塵器的相關經驗值，室內凈化器粉塵(小于0.1μm)有效驅進速度取0.1m/s，除塵效率設計為85％。為防止風道氣體將收塵極板表面灰塵帶入風機9，收塵極板表面噴涂粘附劑。根據設計要求，高壓靜電除塵系統選的技術參數如下：電暈電壓：8000v；收塵電壓：4000v；除塵效率：大于85％。
5、風機
風機9設置在靜電除塵系統的下端，有用于加速氣體流通。風機9設置于安裝室內、并與出氣口相對設置。風機9使裝置內部風道產生負壓，外界空氣進入風道并被過濾，過濾后氣體通過風機9排出裝置。依據操作間大小、裝置風道氣流阻力及工作環境噪聲限制，設計風機工作參數并選擇風機的型號。風機9的技術參數為：最大風量為1300m3/h，最大風壓800pa，噪音指數79db。
在上述設計中，二級過濾組件3為高效過濾器，高效過濾器用于過濾0.3mm以上的細小粒徑氣溶膠粒子。根據結構及技術指標，高效過濾器選用vm03型核級高效過濾器。vm03型核級高效過濾器技術參數如下，過濾效率：≥99.99％(鈉焰法)；初阻力：≤325pa；額定風量：3400m3/h。
本發明還提供了冷卻系統，冷卻系統包括有水箱、水泵以及冷卻水管，冷卻水管設置于超聲波發生器4上，冷卻水管的兩端與水箱連通、形成有冷卻水循環回路，水泵設置于冷卻水管上、用于實現冷卻水的循環流通。冷卻系統用于為超聲波發生器4長期正常工作提供冷卻保障，使其能夠進行持續、高效運行。
在靜電除塵系統的下側設置有漏斗狀的集氣罩12，集氣罩12上開設有集氣口，風機9設置于集氣口上。
在本發明中，于安裝室內設置有探測器13，探測器13設置于風機9以及出氣口之間。
具體地，進氣口2開設有多個，全部的進氣口2圍繞設備主體1等間隔設置；于進氣口2上設置有進氣百葉窗組件。
為了降低設備運行噪聲，本發明對設備主體1進行了如下優化設計：設備主體1包括有設備外殼以及設備內壁，設備內壁設置于設備外殼內、并形成安裝室，于設備外殼上設置有進氣口2以及出氣口；于設備外殼以及設備內壁之間設置有隔音棉14。
整體設計
殼體材料采用不銹鋼，雙層結構，在風機9小室內部填充吸音材料，可以有效降低風機9的噪聲；中、高效過濾器可以進行更換，以保持過濾器長期工作時的過濾效率。平時，出口由密封圈、密封門緊固密封；為了保持工作的穩定性，將配重均勻分布在裝置的各個部位，確保了整體重心低于中心線；在底部安裝了4個萬向輪，可以便于裝置的移動。
工作原理
系統通電后，首先進行系統自檢，顯示系統狀態信息，然后讀取鍵盤信息，當按下“啟動”鍵后，依次打開風機9、超聲波、輻射水平測量裝置、壓力差測量裝置。此時，風機9產生吸力，在裝置風道內形成負壓，環境空氣由殼體上部進風口進入風道，首先通過預過濾器10過濾掉空氣中的灰塵和大粒徑氣溶膠粒子，然后通過中效過濾器11過濾掉中等粒徑的粒子進入超聲波凝聚區，在超聲波作用下，粒子之間相互振動、摩擦、粘合，形成大粒徑粒子并增加了荷電量，再經高效過濾器過濾掉粒徑大于0.3μm的氣溶膠粒子，通過三級過濾后，空氣中氣溶膠粒子粒徑小于0.3μm，最后經過靜電除塵區，粒子荷電并被收塵極板收集，過濾后的空氣被風機9排入環境中。
在本發明中，控制系統的構成結構為：以8051單片機為主控芯片，主要包括狀態監測模塊、異常報警模塊、外設控制模塊、人機交互模塊、電源模塊。
上述各模塊功能如下：
a)主控模塊主要由stc11f16xe為核心的單片機最小系統組成，負責管理所有控制功能，包括放射性水平實時監測與報警、過濾器實時監測與報警、風機9控制、超聲波控制、液晶顯示、按鍵響應等。
b)狀態監測模塊包括放射性水平實時監測模塊和過濾器狀態實時監測模塊。放射性水平實時監測模塊由st1221閃爍體探測器13、高壓模塊cc228p-01y、d/a轉換器tlc5620、集成放大器lm324、接口電路組成，主要完成α、β放射性水平的實時監測功能；過濾器狀態實時監測模塊由cyb-18防腐差壓變送器、a/d轉換器max197組成，主要完成過濾器兩側空氣壓力差實時采集功能。
c)外設控制模塊包括風機9控制模塊、靜電除塵系統控制模塊、超聲波發生器4控制模塊，由uln2003、ssr-10固態繼電器組組成，主要完成風機9、靜電除塵系統、超聲波發生器4的啟動和停止功能。
d)異常報警模塊由聲、光報警芯片組成，主要完成芯片異常報警、放射性泄露報警、過濾器失效報警的功能。
e)人機交互模塊包括啟動、停機、復位按鈕和液晶顯示模塊，主要功能為響應按鈕功能、實時顯示放射性水平和過濾器壓力差，當出現異常情況時實時顯示報警信息。
f)電源模塊為明緯q-120d，為控制模塊、壓差模塊、輻射水平測量模塊提供低壓直流電源。
本發明的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，并且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。