智能自清洁复合微孔静电吸附空气净化装置及控制方法技术领域
本发明涉及一种机电装置和控制方法，特别是涉及一种利用静电吸附空气灰尘的机电装
置和控制方法。
背景技术
现有的静电式中央空调空气净化装置主要采用金属电极板结构，在使用过程中维持高压
放电会增加空气中产生一定量的臭氧及氮氧化合物的几率，影响新风的质量。清洗时需断电
拆卸模块组件，取出来清洗后还需重新安装，清洗过程较为复杂，拆卸过程也易损坏产品。
同时传统的中央空调空气净化空气的过程也不具备实时数据监测功能，不能看到实时的空气
净化效率，也不能根据空气质量调整空气净化功效。
在现有的净化装置中，环境空气进风通道需要与容纳电极板的密闭壳体的一端接口相连
通，密闭壳体中配有电极板的支撑框架，支撑框架可以采用模块或拼装结构构成，根据电极
板的数量和尺寸进行调整，支撑框架中的部分结构可以用来保持电极板间距，部分框架可以
用来保持成组电极板的整体轮廓，在支撑框架和密闭壳体内可以为必要的装置提供架设位置。
机电装置通常具有控制回路和执行机构，通过控制回路可以控制执行机构动作改变工作
状态，控制回路通过信号适配可以接入上位的控制线路，接收模拟胡数字信号。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能自清洁复合微孔静电吸附空气净化装置，解决电极板清洗
效率低下，造成净化效能有限，空气净化过程不能适应空气质量变化的技术问题。
本发明的另一个目的是提供一种利用上述净化装置进行空气净化的控制方法，解决净化
效能无法与环境空气质量、电极板积尘程度相协调的技术问题。
本发明的智能自清洁复合微孔静电吸附空气净化装置，包括支撑框架、电极板和为电极
板提供直流高压的电压转换器，通过所述支撑框架固定间隔堆叠的电极板形成列模块组，列
模块组排列形成静电过滤通道；
所述列模块组的进风端面设置遮盖的通风喷淋清洁装置，用于通过内置控制回路接收控
制信号，开启和闭合进风端面，提供喷淋水源喷洒的通道和喷嘴；所述列模块组的顶端固定
有与底部支撑转轴同轴向的多角度平衡装置，用于通过内置控制回路接收控制信号，带动列
模块组垂直于进出风方向作微小摆动；
还包括第一传感器、第二传感器、信号处理器、总线控制器和电压转换器，静电过滤通
道的进风侧设置所述第一传感器，用于检测进风侧空气中的灰尘浓度；出风侧设置所述第二
传感器，用于检测出风侧空气中的灰尘浓度，第一传感器和第二传感器分别在静电过滤通道
的两侧形成二维排列形状；
信号处理器，用于接收各传感器反馈的空气中灰尘浓度信号，并向上位系统转发，针对
灰尘浓度信号差别，根据内置控制策略或上位机指令形成对静电过滤通道中各列模块组的电
压转换器、通风喷淋清洁装置和多角度平衡装置的控制回路的控制信号，改变相应工作状态；
总线控制器，用于提供通信总线，为配置相应总线通信端口的传感器和控制回路提供与
信号处理器的通信链路；
电压转换器，用于为电极板提供直流高压，输出正极和输出负极分别连接相应的电机板；
信号处理器，以及静电过滤通道中的各传感器，以及电压转换器、通风喷淋清洁装置和
多角度平衡装置的控制回路，分别配置相应的通信端口。
所述电极板包括导电金属层和绝缘疏水层，导电金属层通过柔性绝缘铜排与电压转换器
的输出正极或输出负极连接，导电金属层上包括均匀分布的导水通孔，绝缘疏水层紧密贴合
在导电金属层的表面以及导水通孔的表面，使得导电金属层被隔绝。
所述绝缘疏水层采用特氟龙绝缘材料或有机硅绝缘材料，电极板间通过分布的绝缘疏水
层材料的柱体形成支撑层，导水通孔的轴线与导电金属层的垂线平行。
所述通风喷淋清洁装置包括在所述进风端面支撑框架上固定的一组百叶窗，百叶窗包括
自上而下水平间隔设置的扇叶转轴，扇叶转轴两端固定在支撑框架上；还包括固定在转轴上
的同轴向的条状扇叶，条状扇叶由截面形状为菱形的绝缘弹性板材构成；
在扇叶转轴的侧壁上固定有与扇叶转轴轴线垂直的同步连杆，同步连杆末端铰接在竖直
设置的弹性传动杆上，弹性传动杆的顶端与同轴向的传动丝杠底端转动连接，相应丝杠副套
在传动丝杠顶端，丝杠副的顶端固定在扇叶电机的输出轴上。
所述所述通风喷淋清洁装置还包括在所述出风端面支撑框架上固定的一组百叶窗。
所述百叶窗上，扇叶转轴为两端密封的中空圆管，中空圆管的侧壁上，沿轴线方向间隔
开设有单向喷淋通孔，在条状扇叶为闭合位置时朝向电极板，扇叶转轴的侧壁两端各开设一
个进水口，各扇叶转轴同一侧的进水口与同一路进水管的柔性支管可靠连接。
所述多角度平衡装置包括在列模块组的支撑框架底部固定的支撑转轴，支撑框架顶部固
定的与支撑转轴共轴线的摆动齿轮，与摆动齿轮啮合的传动齿轮的轴心固定在步进电机的输
出轴上；
所述摆动齿轮为与支撑转轴共轴线齿轮的部分，摆动齿轮的齿突出于支撑框架顶部，与
传动齿轮啮合。
所述的智能自清洁复合微孔静电吸附空气净化装置的控制方法，主要包括以下步骤：
启动，有源部件加电，全部列模块组开始静电过滤空气过程；
第一传感器、第二传感器分别采集进风侧和出风侧灰尘浓度；
信号处理器利用内置策略根据采集数据判断空气质量和积尘程度，形成需要运行的列模
块组的数量，形成需要清晰的列模块组的数量，向上位系统传送工作状态数据和空气质量数
据；
当空气质量较好时，信号处理器根据内置策略的质量阈值，控制相应电压转换器的闭合，
调整减少运行的列模块组的数量；
当空气质量较差时，号处理器根据内置策略的质量阈值判断，控制相应电压转换器的开
启，调整增加运行的列模块组的数量；
当积尘程度较高时，号处理器根据内置策略的进风侧和出风侧灰尘浓度差异阈值判断，
控制相应列模块组电压转换器的闭合，通风喷淋清洁装置的扇叶电机转动，完成进风、出风
端面封闭—水路电磁阀开启—喷淋—水路电磁阀关闭—扇叶电机转动—进风、出风端面开启
的清洗过程；
当清洗过程中，信号处理器判断需要增加运行的列模块组的数量时，启动清洗的列模块
组的多角度平衡装置的步进电机，摆动清洗的列模块组，加快清洗过程。
本发明的智能自清洁复合微孔静电吸附空气净化装置采用疏水性绝缘材料有效避免电极
间的高压放电，提高了安全性和新风品质，同时自动水洗功能可以省去繁琐的人工拆洗过程，
节约后期维护费用，同时提高产品使用寿命，疏水性材料也可以使清洗后的模块组件更容易
干燥，实时监测功能可以及时的反馈出当前净化效率与空气质量，便于及时清洗，同时通过
移动终端可对比新风质量与官方发布的所在城市的空气质量，让使用者对所处环境空气质量
有最准确的了解。
具体的，本发明比传统的中央空调空气净化装置有更高的颗粒物补集效率。
省去传统中央空调空气净化装置的繁琐的人工清洗的流程，减少拆卸，提高产品使用寿
命。
喷淋水管内置在百叶板中，可各列模块组交替喷淋，提升清洗效果。
实时监测会对净化后空气质量进行实时发布，通过对比实时所在地的空气质量判断是否
需要开启空气净化装置，做到最大程度的节能。
可以分析实时的进风和出风的空气质量，通过分析净化效率判断是否需要清洗装置。
喷淋系统集成到封闭页板中，节省空间，减小风阻，降低能耗。
清洗过程中污水在疏水性材料的各微孔间流出落下，孔内基本保持干燥，污水从每一列
模块组件底部水槽流入城市纳污管网，不造成二次污染。
本发明的控制方法可以有效协调静电除尘过程和清洗过程中的工作效率，最大限度发挥
本装置的动态空气净化效能，延长设备使用寿命。
附图说明
图1为本发明智能自清洁复合微孔静电吸附空气净化装置的连接结构示意图；
图2为本发明智能自清洁复合微孔静电吸附空气净化装置的疏水性微孔静电电极板的结
构示意图；
图3为本发明智能自清洁复合微孔静电吸附空气净化装置的通风喷淋清洁装置的结构示
意图；
图4本发明智能自清洁复合微孔静电吸附空气净化装置的通风喷淋清洁装置局部A方向
的扇叶转轴结构示意图；
图5为本发明智能自清洁复合微孔静电吸附空气净化装置的多角度平衡装置的结构示意
图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，本实施例中，由支撑框架形成电极板模块101的框架，电极板模块101中
固定间隔堆叠的电极板102，连接电源正极和负极的电极板102交替排列，自上而下顺序固
定的电极板模块101形成一列模块组，若干列模块组沿迎风面顺序排列形成静电过滤通道(即
与迎风面平行)，环境空气由电极板102间贯穿通过；
在静电过滤通道的进风侧设置第一传感器105，用于检测进风侧空气中的灰尘浓度；出
风侧设置第二传感器106，用于检测出风侧空气中的灰尘浓度；当静电过滤通道的截面面积
较大时，根据探测精度要求，若干的第一传感器105和第二传感器106可以分别在静电过滤
通道的两侧形成特定排列形状的二维矩阵；为判断电极板的积尘位置，清洁效率提供更精确
的参数；
在每列模块组的支撑框架的进风端面(左端面)上，设置遮盖进风端面的通风喷淋清洁
装置103，用于通过内置控制回路接收控制信号，开启和闭合进风端面，提供喷淋水源喷洒
的通道和喷嘴；
在每列模块组的支撑框架的顶端上，固定有与支撑转轴同轴向的多角度平衡装置104，
用于通过内置控制回路接收控制信号，带动相应列模块组垂直于进出风方向作微小摆动；在
每列模块组的支撑框架底部固定有相配合的支撑转轴；
还包括信号处理器110、总线控制器111、电压转换器112，其中：
信号处理器110，用于接收各传感器反馈的空气中灰尘浓度信号，并向上位系统转发，
针对灰尘浓度信号差别，根据内置控制策略或上位机指令形成对静电过滤通道中各列模块组
的电压转换器112、通风喷淋清洁装置103和多角度平衡装置104的控制回路的控制信号，
改变相应工作状态；
总线控制器111，用于提供通信总线，为配置相应总线通信端口的传感器和控制回路提
供与信号处理器110的通信链路；
电压转换器112，用于为电极板102提供直流高压，输出正极和输出负极分别连接相应
的电机板102；
信号处理器110，以及静电过滤通道中的各传感器，以及电压转换器112、通风喷淋清洁
装置103和多角度平衡装置104的控制回路，分别配置相应的通信端口。
本实施例中，利用现有成熟的支撑框架结构，形成了成列的模块组，和由模块组组成的
静电过滤通道，通过传感器获取静电过滤通道进气侧的灰尘浓度，结合静电过滤通道两端传
感器的排列形状，信号处理器110就可以获得环境空气的精确质量，并结合除尘策略使静电
过滤通道中的相应数量的模块组启动电压转换器112完成过滤除尘。这样就可以实现静电除
尘的动态调整，大大节约了电力成本，延长了设备使用寿命，避免了能源浪费。
通过传感器获取静电过滤通道两侧的灰尘浓度差异，结合静电过滤通道两端传感器的排
列形状，信号处理器110就可以获得模块组的灰尘累积参数，判断是否需要及时喷淋清洁，
信号处理器110控制部分模块组的电压转换器112关闭断电，开启水源和该模块组的通风喷
淋清洁装置103，使得清洗不会影响其他模块组，通过与通风管路配合喷淋清洁过程不会影
响其他模块组完成静电过滤。使得静电过滤通道可以完成局部的，不停止静电过滤过程的自
动清洗，保证了静电过滤除尘的连续性。
同时环境空气质量、过滤后新风质量、静电过滤过程的各部件状态都可以通过信号处理
器110采集和上传，为基于互联网的信息应用提供了充分可靠的信息来源。
如图2所示，电极板102包括导电金属层201和绝缘疏水层202，导电金属层201通过
柔性绝缘铜排与电压转换器112的输出正极或输出负极连接，导电金属层201上包括均匀分
布的导水通孔203，导水通孔203的轴线与导电金属层201的垂线平行，导水通孔203两端
与导电金属层201的上下端面结合处形成棱角过渡(相应的绝缘疏水层202也形成棱角过渡)；
导电金属层201采用纯铜材料；
绝缘疏水层202紧密贴合在导电金属层201的表面以及导水通孔203的表面，使得导电
金属层201被隔绝。绝缘疏水层202采用特氟龙绝缘材料或有机硅绝缘材料；
电极板102间通过分布的绝缘疏水层材料的柱体204形成支撑层；
应用中，导电金属层201中的导水通孔203两端的棱角过渡使接触面积变小，不易受浸
润效应影响造成挂壁，与绝缘疏水层202配合达到更好的疏水性。相邻支撑层的玻璃纤维柱
体相错，使得间隔堆叠的电极板102更稳定，不易出现通风时的共振。
采用疏水性绝缘材料避免电极间的高压放电，提高安全性和新风品质，便于及时清洗。
如图3所示，通风喷淋清洁装置包括在模块组(长方体)支撑框架的进风端面和出风端
面上各固定的一组百叶窗301，百叶窗301包括自上而下水平间隔设置的扇叶转轴302，扇叶
转轴302两端固定在支撑框架上；还包括固定在转轴302上的同轴向的条状扇叶303，条状
扇叶303由截面形状为菱形的绝缘弹性板材构成；
在扇叶转轴302的侧壁上固定有与扇叶转轴302轴线垂直的同步连杆304，同步连杆304
末端铰接在竖直设置的弹性传动杆305上，弹性传动杆305的顶端与同轴向的传动丝杠底端
转动连接，相应丝杠副套在传动丝杠顶端，丝杠副的顶端固定在扇叶电机306的输出轴上，
扇叶电机306的壳体固定在支撑框上；
实际应用中，当条状扇叶303为竖直的闭合位置时，相邻条状扇叶303的边缘部分可以
互相叠加，条状扇叶303将支撑框架的进风端面或出风端面封闭，当扇叶电机306通过丝杠
带动弹性传动杆305上下位移，同步连杆304带动扇叶转轴302转动，条状扇叶303沿扇叶
转轴302转动，可以使进风端面或出风端面打开，实现不同的空气流量和流速；
如图4所示，在进风端面的百叶窗301上，扇叶转轴302为两端密封的中空圆管，中空
圆管的侧壁上，沿轴线方向间隔开设有(单向)喷淋通孔305，在条状扇叶303为闭合位置
时朝向电极板302；
扇叶转轴302的侧壁两端各开设一个进水口306，各扇叶转轴302同一侧的进水口306
与同一路进水管307的柔性支管可靠连接；
扇叶电机306的控制电路通过相应通信端口连接总线控制器111，接受信号处理器110
的控制信号；
实际应用中，进水管307的通断电磁阀的开合受信号处理器110控制，当进入清洗流程
时，选定的模块组电极板断电，扇叶电机306受控使进风端面和出风端面的百叶窗处于闭合
位置，进水管307的通断电磁阀开启，纯水经两侧的进水管307流入扇叶转轴302，自喷淋
通孔305中喷出清洗电极板102，利用过的水流及水滴通过导水通孔303向下汇集在模块组
密闭壳体下部，自底部水槽流入城市纳污管网，不造成二次污染。双侧进水管路保证左右水
压一致，喷淋均匀。
如图5所示，多角度平衡装置104包括在每列模块组的支撑框架底部固定的支撑转轴401，
支撑转轴401与进出风方向基本垂直；支撑框架顶部固定的与支撑转轴401共轴线的摆动齿
轮402，与摆动齿轮402啮合的传动齿轮403的轴心固定在步进电机404的输出轴上，步进
电机404的外壳固定在静电过滤通道的框架上；
步进电机404的控制电路通过相应通信端口连接总线控制器111，接受信号处理器110
的控制信号；
摆动齿轮402为与支撑转轴401共轴线齿轮的部分，摆动齿轮402的齿突出于支撑框架
顶部，与传动齿轮403啮合。
实际应用中，在清洗喷淋过程中，步进电机404受控带动传动齿轮403转动，进而带动
摆动齿轮402按一定周期摆动，摆动角度在正负5度内，使模块组中的喷淋水流受重力影响
相对改变对电极板的冲刷位置，使清洗更加彻底。采用自动化可倾斜装置，配合自动化清洗
装置使用，便于在清洗时改变进水角度，便于不同角度清洗，保证清洗更加彻底。同时便于
清洗过程中水能较快流出电极板，加快清洗效率且极板不会积水。清洗后水顺着倾斜角度自
动流出，使极板在短时间内达到干燥的状态，缩短清洗时间同时能提高清洗效果。
综上所述本发明用疏水性绝缘材料覆盖传统金属材料，避免高压放电，提高水洗安全性，
杜绝水洗后短路的隐患。
2、实现在线监测，通过PM2.5在线传感器监测数据，反馈至电脑或移动终端，可以控
制净化效率，效率低时自动水洗，可以发布实时的空气质量参数，当从外界摄入的空气优质
的情况下，可远程关闭空气净化设备。
3、实现自动水洗功能，接收到自清洁信号以后，依次封闭各列模块组，启动清洁程序，
每一列模块组清洗时不影响其他模块组件正常工作，清洗后污水流入市政排污管道排出，不
造成二次污染。
4、采集在线监测数据，实现在线数据发布，将采集到的数据与官网权威数据进行同步，
并实现远程控制净化装置。
本发明的智能自清洁复合微孔静电吸附空气净化装置在过滤清洗时的主要控制方法，包
括以下主要步骤：
启动，有源部件加电，全部列模块组开始静电过滤空气；
第一传感器105、第二传感器106分别采集进风侧和出风侧灰尘浓度；
信号处理器110利用内置策略根据采集数据判断空气质量和积尘程度，形成需要运行的
列模块组的数量，形成需要清晰的列模块组的数量，向上位系统传送工作状态数据和空气质
量数据；
当空气质量较好时，信号处理器110根据内置策略的质量阈值，控制相应电压转换器的
闭合，调整减少运行的列模块组的数量；
当空气质量较差时，号处理器110根据内置策略的质量阈值判断，控制相应电压转换器
的开启，调整增加运行的列模块组的数量；
当积尘程度较高时，号处理器110根据内置策略的进风侧和出风侧灰尘浓度差异阈值判
断，控制相应列模块组电压转换器的闭合，通风喷淋清洁装置103的扇叶电机306转动，完
成进风、出风端面封闭—水路电磁阀开启—喷淋—水路电磁阀关闭—扇叶电机306转动—进
风、出风端面开启的清洗过程；
当清洗过程中，信号处理器110判断需要增加运行的列模块组的数量时，启动清洗的列
模块组的多角度平衡装置104的步进电机404，摆动清洗的列模块组，加快清洗过程。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何
熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵
盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。