CN103331209B - 一种利用电晕放电去除室内空气中微生物气溶胶的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用电晕放电去除室内空气微生物气溶胶的方法和装置，所述方法一方面借助电晕放电激发的低温等离子体在室温条件下灭活微生物；另一方面，利用诱发电晕放电的高压电场作用力从空气中分离微生物气溶胶，使其沉积在电晕放电的接地极上。根据微生物气溶胶的沉积情况，每隔一定的时间取出电晕放电模块，对其进行清理，清理后的电晕放电模块重新装入处理系统去除微生物气溶胶，如此交替运行，可实现处理系统长时间高效运行的目的。本发明具有高效、节能、无二次污染等优点。

Description

一种利用电晕放电去除室内空气中微生物气溶胶的方法和装置

技术领域

本发明属于公共卫生和环境保护技术领域，涉及一种针对室内空气中微生物气溶胶的净化处理方法及装置。

背景技术

微生物气溶胶是室内空气主要污染物之一，同时具有颗粒物与微生物污染特性。当人体吸入或接触这些微生物气溶胶时，就可能感染相应的疾病（病原微生物）或出现过敏反应（真菌过敏原等）。2003年爆发的严重急性呼吸综合征（SARS）以及2009年爆发的禽流感（H1N1感染）都与微生物气溶胶有着直接的关系。可见，微生物气溶胶对室内空气质量和人体健康构成巨大威胁，控制这类污染物的意义重大。

目前常用的室内空气微生物杀灭方法是紫外线（UV）照射、臭氧熏气、氧化性化学药剂喷洒等。这类处理方式存在不足：一方面并不能清除空气中的颗粒物；另一方面，对人体健康有害，不能在有人场合施用。对于臭氧熏气和氧化性化学药剂喷洒灭菌，即使灭菌过程结束后，也会残留一些有害于人体健康的物质。目前，颗粒物过滤器（HEPA）被广泛用于过滤室内空气微生物气溶胶，这种方法去除颗粒物的效率高，但被收集的微生物体并没有被杀灭。相反，它们聚集在过滤器的表面，在高湿度（＞80%）条件下易繁殖，成为暖通空调系统微生物污染源。由此可见，片面解决颗粒物分离和微生物灭活并不能解决室内空气微生物气溶胶污染问题。寻求一种既能去除颗粒物，又能杀灭其上微生物的方法成为当前微生物气溶胶污染控制的重点。

发明内容

本发明旨在改进室内环境空气质量，提供了一种利用电晕放电去除室内空气微生物气溶胶的方法和装置。所述方法及装置基于低温等离子体灭活微生物，基于高压电场作用力实现微生物气溶胶从空气中分离出来，具有高效、节能、无二次污染等优点。

本发明的技术方案如下：

（1）产生电晕放电的电极配置为线-板式、针-板式、线-筒式和针-孔板式共4种，通常组装成一个整体，构成电晕放电净化模块。其中，线状或针状放电极接电源的高压端，板、筒体或孔板为接地极。

（2）上述电晕放电净化模块可作为空气净化装置的一个单元，内嵌在空气净化装置内，与其它净化单元联合使用。也可作为空气净化装置主体单独使用，设置在接地而且有合适进出气口的壳体内。

（3）为上述电晕放电净化模块供电的电源为正极性直流电源和负极性电源中的任意一种，电压范围为4kV至15kV。

（4）含有微生物气溶胶的室内空气通过电晕放电净化模块时，一方面电晕放电产生的O₃和羟基自由基等氧化性物质会氧化微生物，使其灭活。另一方面，电晕放电产生的带电粒子也使负载有微生物的气溶胶荷电，并在电场力作用下做定向运动，最终沉积到接地极上。

（5）电晕放电净化模块连续使用一段时间之后，可见其接地极表面有明显的气溶胶状物质堆积，而且达到一定厚度。此时，应取出该电晕放电净化模块，用软毛刷清除或用水冲洗去除气溶胶状物质并自然晾干。然后，重新装入净化系统，进行净化作业。

本发明提供的利用电晕放电去除室内空气微生物气溶胶方法及装置，具有沉积的微生物气溶胶清理方便，电晕放电净化模块寿命长，运行维护方便且费用低，不存在二次污染等优点。可广泛用于各类公共场所、居民建筑、地下通道等有限空间环境的空气净化处理。

附图说明

图1是本发明的净化装置结构示意图；

图2是本发明的电晕放电净化模块（线-板）示意图；

图3是本发明的电晕放电净化模块（针-板）示意图；

图4是本发明的电晕放电净化模块（线-筒）示意图；

图5是本发明的电晕放电净化模块（针-孔板）示意图；

图6是本发明实施例1中的净化系统剖面图；

图7是本发明实施例2中的净化系统剖面图；

图8是本发明实施例3中的净化系统剖面图。

图中：

1内部空间2进气口3出气口4电路控制盒

5线-板放电模块6针-板放电模块7线-筒放电模块8针-孔板放电模块

401风扇开关402电源开关403风量调节钮404电压调节钮

405显示屏501阳极线框5011放电线502阴极板

503阳极导杆504阴极导杆505定位导杆601阳极板

6011放电针602阴极板603阳极导杆604阴极导杆

605定位导杆701放电线702阴极筒703阳极导杆

704阴极导杆705定位导杆801阳极板8011阳极板孔

8012放电针802阴极板8021阴极板孔803阳极导杆

804阴极导杆805定位导杆9HEPA过滤器10臭氧催化剂

11猪舍窗口

具体实施方式

下面结合附图对本发明的利用电晕放电去除室内空气微生物气溶胶的方法及其装置进行详细说明。

本发明提供的利用电晕放电去除室内空气微生物气溶胶的方法，是借助电晕放电诱发的强氧化性低温等离子体物种灭杀微生物；并利用电晕放电产生的带电体使微生物气溶胶荷电，再在电场力作用下作定向运动，最终从气流中分离出来。

如图1所示，本发明提供一种电晕放电净化模块，作为空气净化装置的一个单元使用，用于去除空气中的微生物气溶胶。空气净化装置由一定容量的内部空间1的壳体、进气口2、出气口3和电路控制盒4组成，所述的电路控制盒4设置在所述壳体的外表面，所述电晕放电净化模块设置在所述壳体的内部空间1的进气口2和出气口3之间。运行时，先打开风扇开关401，调节风量调节钮403，空气由空气净化装置底部进气口2进入空气净化装置内部空间1，经过安装在内部空间1的空气净化模块，由出气口3排出；然后打开电源开关402，调节电压调节钮404，上述电晕放电净化模块开始放电产生大气压等离子体（含有O₃,OH·,O·等氧化性强的活性粒子），使空气气流中的微生物气溶胶氧化，或者荷电运动沉积，达到净化空气的目的。所述的电晕放电净化模块为线-板放电模块5、针-板放电模块6、线-筒放电模块7或者针-孔板放电模块8。

根据微生物气溶胶的沉积情况，每隔一定的时间取出电晕放电净化模块，对其进行清理，清理后的电晕放电净化模块重新装入空气净化处理装置去除微生物气溶胶，如此交替运行，可实现空气净化处理装置长时间高效运行的目的。

如图2所示，所述线-板放电模块5在通以高压后，会使空气中的颗粒物荷电，在库仑力的作用下，被阴极板502捕集；同时高压放电会电离空气产生高压放电等离子体，去除空气中的微生物和颗粒物。线-板放电模块5包括金属导体制成的阳极线框501、金属导体制成的放电线5011、阴极板502、阳极导杆503、阴极导杆504和定位导杆505等部分，阳极导杆503、阴极导杆504分别连接一根导线，导线另一端分别接入电路控制盒4，由电路控制盒4控制放电。线-板放电模块5由一块（或多块，不超过3块）阳极线框501与一块（或多块，不超过三块）阴极板502交替成对排列，使用阳极导杆503、阴极导杆504和定位导杆505固定所述阳极线框501和阳极板502的位置，如图2所示，在由金属导体制成的阳极导杆503与阴极板502间使用聚四氟乙烯做绝缘处理，在阳极导杆503与阳极线框501间不做绝缘处理，这样，阳极导杆503与阳极线框501直接接触导通，而阳极导杆503与阴极板502之间绝缘；在由金属导体制成的阴极导杆504与阳极线框501间使用聚四氟乙烯做绝缘处理，在阴极导杆504与阴极板502间不做绝缘处理，这样，阴极导杆504与阴极板502直接接触导通，而阴极导杆504与阳极线框501之间绝缘。在阳极线框501、阴极板502之间四角处加装定位导杆505，使阳极线框501、阴极板502之间间距等于定位导杆505长度，达到控制极板间距的目的，如图2所示，阳极线框501内均匀紧绷分布10根长度为150mm的放电线5011，每根放电线5011均与阴极板502平行。

如图3所示，所述针-板放电模块6在通以高压后，会使空气中的颗粒物荷电，在库仑力的作用下，被阴极板602捕集；同时高压放电会电离空气产生高压放电等离子体，去除空气中的微生物、挥发性有机物及恶臭气体,针-板放电模块6包括金属导体制成的阳极板601、金属导体制成的放电针6011、阴极板602、阳极导杆603、阴极导杆604和定位导杆605等部分，阳极导杆603、阴极导杆604分别连接一根导线，导线另一端分别接入电路控制盒4，由电路控制盒4控制放电。针-板放电模块6由一块（或多块，不超过3块）阳极板601与一块（或多块，不超过三块）阴极板602交替成对排列组成，使用阳极导杆603、阴极导杆604和定位导杆605固定极板位置，如图3所示，在由金属导体制成的阳极导杆603与阴极板602间使用聚四氟乙烯做绝缘处理，在阳极导杆603与阳极板601间不做绝缘处理，这样，阳极导杆603与阳极板601直接接触导通，而阳极导杆603与阴极板602之间绝缘；在由金属导体制成的阴极导杆604与阳极板601间使用聚四氟乙烯做绝缘处理，在阴极导杆604与阴极板602间不做绝缘处理，这样，阴极导杆604与阴极板602直接接触导通，而阴极导杆604与阳极板601之间绝缘。在阳极线板601、阴极板602之间四角处加装定位导杆605，使极板间距等于定位导杆605长度，达到控制极板间距的目的，如图3所示，阳极板601内均匀分布81个具有放电尖端的放电针6011，每根放电针6011均与阴极板602垂直。

如图4所示，线-筒放电模块7在通以高压后，会使空气中的颗粒物荷电，在库仑力的作用下，被阴极筒702捕集；同时高压放电会电离空气产生高压放电等离子体，去除空气中的微生物、挥发性有机物及恶臭气体,线-筒放电模块7包括金属导体制成的阳极放电线701、阴极筒702、阳极导杆703、阴极导杆704和定位导杆705等部分，阳极导杆703、阴极导杆704分别连接一根导线，导线另一端分别接入电路控制盒4，由电路控制盒4控制放电。线-筒放电模块7由为四个金属阴极筒702及其内部的放电线701两两排列组成，使用阳极导杆703、阴极导杆704和定位导杆705固定阳极放电线701和阴极筒702的位置，如图4所示，阳极放电线701置于阴极筒702的轴心线处，与筒壁平行，在由金属导体制成的阳极导杆703与阴极筒702间使用聚四氟乙烯做绝缘处理，在阳极导杆703与放电线701间不做绝缘处理，这样，阳极导杆703与放电线701直接接触导通，而阳极导杆603与阴极筒702之间绝缘；在由金属导体制成的阴极导杆704与放电线701间使用聚四氟乙烯做绝缘处理，在阴极导杆704与阴极筒702间不做绝缘处理，这样，阴极导杆704与放电线702直接接触导通，而阴极导杆704与放电线701之间绝缘。在放电线701、阴极筒702周围加以围挡706，使线-筒放电模块7便于放入空气净化装置的内部空间1。

如图5所示，针-孔板放电模块8在通以高压后，会使空气中的颗粒物荷电，在库仑力的作用下，被阴极板802捕集；同时高压放电会电离空气产生高压放电等离子体，去除空气中的微生物、挥发性有机物及恶臭气体,针-孔板放电模块8包括金属导体制成的阳极板801、金属导体制成的放电针8012、阴极板802、阳极导杆803、阴极导杆804和定位导杆805等部分，阳极导杆803、阴极导杆804分别连接一根导线，导线另一端分别接入电路控制盒4，由电路控制盒4控制放电。针-孔板放电模块8由一块（或多块，不超过3块）阳极板801与一块（或多块，不超过三块）阴极板802交替成对排列组成，使用阳极导杆803、阴极导杆804和定位导杆805固定极板位置，如图5所示，在由金属导体制成的阳极导杆803与阴极板802间使用聚四氟乙烯做绝缘处理，在阳极导杆803与阳极板801间不做绝缘处理，这样，阳极导杆803与阳极板801直接接触导通，而阳极导杆803与阴极板802之间绝缘；在由金属导体制成的阴极导杆804与阳极板801间使用聚四氟乙烯做绝缘处理，在阴极导杆804与阴极板802间不做绝缘处理，这样，阴极导杆804与阴极板802直接接触导通，而阴极导杆804与阳极板801之间绝缘。在阳极板801、阴极板802之间四角处加装定位导杆805，使极板间距等于定位导杆805长度，达到控制极板间距的目的，如图5所示，阳极板801内均匀分布81个具有放电尖端的放电针8012，每根放电针8012均与阴极板802平行，阳极板801上有145个阳极板孔8011，阴极板802上有145个阴极板孔8021，便于气流通过。所使用的气流通过电晕放电场的空速为10,000h-¹至100,000h^-1范围。

实施例1学生宿舍空气净化

在学生宿舍中使用如图6所示的空气净化装置，学生宿舍面积小、人员密集且停留时间长，微生物污染较为严重，本实施例采用放电更安静，臭氧产量更低的线-板放电模块5装入空气净化装置内部空间1正中，其阳极导杆503与阴极导杆504分别用导线连接至电路控制盒4内，由电路控制盒4控制放电电压为6kV；内部空间1顶部有一负压风扇，同样风扇用导线连接至电路控制盒4，由电路控制盒控4控制风扇转速，使处理气量为10,000h^-1；在内部空间1底部加装HEPA过滤器9，在内部空间1上部加装臭氧催化剂10以降低出气口3臭氧浓度；由于学生宿舍室内颗粒物、微生物浓度较高且长期存在，本实施例中的空气净化装置每天白天开机8小时，在放电电压6kV时，本实例施中的线-板放电模块5耗电功率低于1.2W，空气净化装置整体每天耗电不超过0.5度。

实例2地下停车场空气净化

在地下停车场中使用如图7所示的空气净化系统，地下停车场面积大，人员活动少且时间短，颗粒物污染处理需求较低而挥发性有机物污染较为严重，本实施例采用停留时间更长，更便于清理的线-筒放电模块7装入空气净化装置内部空间1正中，其阳极导杆703与阴极导杆704分别用导线连接至电路控制盒4内，由电路控制盒4控制放电电压为10kV；内部空间1顶部有一负压风扇，同样风扇用导线连接至电路控制盒4，由电路控制盒控4控制风扇转速，使处理气量为100,000h^-1；在内部空间1上部加装臭氧催化剂10以降低出气口3臭氧浓度；本实施例中的净化装置开机时间可随地下停车场的营业时间而定，在放电电压10kV，净化装置连续运行时，本实施例中的线-筒放电模块7耗电功率低于2.5W，净化系统整体每天耗电不超过1.5度。

实施例3猪舍空气净化

在室内密闭猪舍中使用如图8所示的空气净化系统，猪舍室内面积适中，猪密度较大，微生物污染、颗粒物污染及恶臭气体污染菌较为严重，本实施例中，放电强度最大的针-孔板放电模块8安装在空气净化装置内部空间1正中，将净化系统整体横置，穿过在猪舍窗口11安装，其进气口2置于猪舍室内，其出气口3置于室外，这样，净化系统在代替了换气扇的同时，可将猪舍内空气净化后外排。针-孔板放电模块8的阳极导杆803与阴极导杆804分别用导线连接至电路控制盒4内，由电路控制盒4控制放电电压为10kV；内部空间1顶部有一负压风扇，同样风扇用导线连接至电路控制盒4，由电路控制盒控4控制风扇转速，使处理气量为50,000h^-1；由于猪舍室内颗粒物、微生物浓度较高且长期存在，本实施例中的净化装置24小时开机，在放电电压10kV时，本实例施中的针-孔板放电模块8电功率低于0.8W，净化系统整体每天耗电不超过0.8度。

Claims (3)

1.一种利用电晕放电去除室内空气微生物气溶胶的方法，其特征在于：含有微生物气溶胶的空气通过含有电晕放电净化模块的空气净化装置，电晕放电产生的氧化性物质会氧化微生物，使其灭活；同时，电晕放电产生的带电粒子也使负载有微生物的气溶胶荷电，并在电场力作用下做定向运动，最终沉积到接地极上，实现空气净化；空气净化装置由具有内部空间的壳体、进气口、出气口和电路控制盒组成，所述的电路控制盒设置在所述壳体的外表面，所述电晕放电净化模块设置在所述壳体的内部空间的进气口和出气口之间；

所述的电晕放电净化模块为线-板放电模块、针-板放电模块、线-筒放电模块或者针-孔板放电模块；

所述线-板放电模块，包括金属导体制成的阳极线框和阴极板，所述的阳极线框和阴极板交替成对排列，所述阳极线框和阴极板之间加装定位导杆，阳极导杆与阳极线框直接接触导通，而阳极导杆与阴极板之间绝缘；阴极导杆与阴极板间直接接触导通，阴极导杆与阳极线框之间绝缘；阳极线框内均匀紧绷分布放电线，每根放电线均与阴极板平行；阳极导杆、阴极导杆分别连接一根导线，导线另一端分别接入电路控制盒，由电路控制盒控制放电；

所述针-板放电模块包括金属导体制成的阳极板、金属导体制成的放电针、阴极板、阳极导杆、阴极导杆和定位导杆，阳极导杆、阴极导杆分别连接一根导线，导线另一端分别接入电路控制盒，由电路控制盒控制放电；所述阳极板与阴极板交替成对排列，阳极导杆、阴极导杆和定位导杆固定极板位置，阳极导杆与阳极板间直接接触导通，而阳极导杆与阴极板之间绝缘；阴极导杆与阴极板直接接触导通，而阴极导杆与阳极板之间绝缘，阳极板和阴极板之间四角处加装定位导杆，使极板间距等于定位导杆长度，阳极板内均匀分布具有放电尖端的放电针，每根放电针均与阴极板垂直；

线-筒放电模块，包括金属导体制成的阳极放电线、阴极筒、阳极导杆、阴极导杆和定位导杆，阳极导杆、阴极导杆分别连接一根导线，导线另一端分别接入电路控制盒，由电路控制盒控制放电；四只阴极筒及其内部的阳极放电线两两排列，阳极放电线置于阴极筒的轴心线处，与阴极筒筒壁平行，使用阳极导杆、阴极导杆和定位导杆固定阳极放电线和阴极筒的位置，阳极导杆与阳极放电线直接接触导通，而阳极导杆与阴极筒之间绝缘；阴极导杆与阴极筒直接接触导通，而阴极导杆与阳极放电线之间绝缘；

所述针-孔板放电模块，包括金属导体制成的阳极板、金属导体制成的放电针、阴极板、阳极导杆、阴极导杆和定位导杆，阳极导杆、阴极导杆分别连接一根导线，导线另一端分别接入电路控制盒，由电路控制盒控制放电；阳极板与阴极板交替成对排列，阳极导杆与阳极板直接接触导通，而阳极导杆与阴极板之间绝缘；阴极导杆与阴极板直接接触导通，而阴极导杆与阳极板之间绝缘；在阳极板和阴极板之间四角处加装定位导杆，阳极板内均匀分布具有放电尖端的放电针，每根放电针均与阴极板平行，阳极板上有阳极板孔，阴极板上有阴极板孔，便于气流通过。

2.根据权利要求1所述的一种利用电晕放电去除室内空气微生物气溶胶的方法，其特征在于：所述线-板放电模块中所述的放电线在每个阳极线框内布置10根，长度分别为150mm；所述针-板放电模块中所述放电针的数量为81个；所述线-筒放电模块中，在放电线、阴极筒周围加以围挡；所述针-孔板放电模块中所述阳极板孔的数量为145个，所述阴极板孔的数量为145个。

3.一种含有电晕放电净化模块的空气净化装置，其特征在于：空气净化装置由具有内部空间的壳体、进气口、出气口和电路控制盒组成，所述的电路控制盒设置在所述壳体的外表面，所述电晕放电净化模块设置在所述壳体的内部空间的进气口和出气口之间；所述的电晕放电净化模块为线-板放电模块、针-板放电模块、线-筒放电模块或者针-孔板放电模块；所述线-板放电模块，包括金属导体制成的阳极线框和阴极板，所述的阳极线框和阴极板交替成对排列，所述阳极线框和阴极板之间加装定位导杆，阳极导杆与阳极线框直接接触导通，而阳极导杆与阴极板之间绝缘；阴极导杆与阴极板间直接接触导通，阴极导杆与阳极线框之间绝缘；阳极线框内均匀紧绷分布放电线，每根放电线均与阴极板平行；阳极导杆、阴极导杆分别连接一根导线，导线另一端分别接入电路控制盒，由电路控制盒控制放电；

所述针-板放电模块包括金属导体制成的阳极板、金属导体制成的放电针、阴极板、阳极导杆、阴极导杆和定位导杆，阳极导杆、阴极导杆分别连接一根导线，导线另一端分别接入电路控制盒，由电路控制盒控制放电；所述阳极板与阴极板交替成对排列，阳极导杆、阴极导杆和定位导杆固定极板位置，阳极导杆与阳极板间直接接触导通，而阳极导杆与阴极板之间绝缘；阴极导杆与阴极板直接接触导通，而阴极导杆与阳极板之间绝缘，阳极板和阴极板之间四角处加装定位导杆，使极板间距等于定位导杆长度，阳极板内均匀分布具有放电尖端的放电针，每根放电针均与阴极板垂直；

线-筒放电模块，包括金属导体制成的阳极放电线、阴极筒、阳极导杆、阴极导杆和定位导杆，阳极导杆、阴极导杆分别连接一根导线，导线另一端分别接入电路控制盒，由电路控制盒控制放电；四只阴极筒及其内部的阳极放电线两两排列，阳极放电线置于阴极筒的轴心线处，与阴极筒筒壁平行，使用阳极导杆、阴极导杆和定位导杆固定阳极放电线和阴极筒的位置，阳极导杆与阳极放电线直接接触导通，而阳极导杆与阴极筒之间绝缘；阴极导杆与阴极筒直接接触导通，而阴极导杆与阳极放电线之间绝缘；

所述针-孔板放电模块，包括金属导体制成的阳极板、金属导体制成的放电针、阴极板、阳极导杆、阴极导杆和定位导杆，阳极导杆、阴极导杆分别连接一根导线，导线另一端分别接入电路控制盒，由电路控制盒控制放电；阳极板与阴极板交替成对排列，阳极导杆与阳极板直接接触导通，而阳极导杆与阴极板之间绝缘；阴极导杆与阴极板直接接触导通，而阴极导杆与阳极板之间绝缘；在阳极板和阴极板之间四角处加装定位导杆，阳极板内均匀分布具有放电尖端的放电针，每根放电针均与阴极板平行，阳极板上有阳极板孔，阴极板上有阴极板孔，便于气流通过。