CN103791560A

CN103791560A - 一种空气净化装置

Info

Publication number: CN103791560A
Application number: CN201410039839.6A
Authority: CN
Inventors: 王小华; 李策; 刘定新; 荣命哲
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2034-01-27
Also published as: CN103791560B

Abstract

本发明公开了一种空气净化装置，其特征在于：该装置包括用于通过水雾的水雾通路和等离子体发生器，所述等离子体发生器包括放电电极，且：所述放电电极用于通过高压放电产生等离子体，所产生的等离子体与水雾通路内的水雾反应混合后，反应混合后的水雾进一步通过所述装置排出。本装置利用放电产生的等离子体，可以让水雾携带丰富的负氧离子，有利于人体健康；弱电离的水雾有助于凝聚空气中的颗粒污染物，降低PM2.5浓度；水雾中放电还有利于抑制臭氧的生成，不会带来二次污染。

Description

一种空气净化装置

技术领域

本发明涉及污染防治领域，特别涉及一种空气净化装置。

背景技术

近年来，大气污染日益受到人们的关注。随着人们对健康要求的提高，空气质量尤其得到重视。

一般来说，空气中的污染物包括有害气体，尘埃和悬浮物，细菌病毒等。其中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，也就是我们常说的PM2.5的危害比较大。由于它们的直径很小，所以可以深入呼吸道，支气管甚至肺泡，直接影响肺部的呼吸功能。尤其是当其中含有细菌或有毒物质时，更能引发癌症等疾病，对人体健康产生极大的威胁。

传统的室内空气净化方法有很多。吸附剂法是最为方便和经济的，但是其净化效率低，无法从根本上去除污染物，而且吸附剂由于富集了微生物，水分和有机大分子等，容易再次成为微生物繁殖的温床，有二次污染的隐患。除此之外还有很多空气净化的方法，比如植物源净化技术，纳米过滤膜技术，光触媒技术等，它们虽然净化效率高，但是技术复杂，成本较高。

而通过研究表明，低温等离子体技术对实现空气的净化有着十分显著的作用。等离子体可以产生电场，紫外辐射和各种自由基活性粒子等，可以高效地去除细菌等有害物质，同时它也可以增加空气中负氧离子的含量，负氧离子能降低人体血液中的复合胺浓度，有利于对氧气的吸收和利用，促进新陈代谢，对人体健康也有着显著地促进作用。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种空气净化装置。

一种空气净化装置，其特征在于：该装置包括用于通过水雾的水雾通路和等离子体发生器，所述等离子体发生器包括放电电极，且：所述放电电极用于通过高压放电产生等离子体，所产生的等离子体与水雾通路内的水雾反应混合后，反应混合后的水雾进一步通过所述装置排出。

可选的，所述装置包括水雾出口、水雾入口，所述水雾入口和水雾出口间形成所述水雾通路，所述反应混合后的水雾通过所述水雾出口排出。

可选的，所述装置还包括水雾发生器，所述水雾发生器用于产生水雾。

可选的，所述放电电极的形状包括：针形、网形、S形、或螺旋形。

可选的，所述等离子体发生器还包括：高压电源，高压电源与放电电极相连，在高压电源的作用下，所述放电电极通过高压放电产生等离子体，且：高压电源的电压或频率能够随产生水雾的速度而改变。

可选的，所述等离子体发生器还包括：外壳和内筒，所述内筒置于所述外壳内，所述放电电极置于所述内筒中。

可选的，所述放电电极位于所述水雾通路中，且放电电极针对水雾进行放电；或者所述放电电极位于所述水雾通路外，且放电电极针对空气进行放电，进一步地，该装置将针对空气放电所产生的等离子体吹入水雾通路。

可选的，所述水雾发生器包括超声波发生器和风机，所述水雾发生器通过超声波发生器将水雾发生器内的水雾化产生水雾，通过风机将所述水雾从水雾发生器的出口排出，且：调节所述超声波发生器的超声波频率能够改变产生水雾的速度。

可选的，所述放电电极上设置有多个用于降低放电起始电压的放电突起。

可选的，所述内筒由玻璃或陶瓷材料制作而成。

本发明所述的空气净化装置具有以下优点：(1)本发明利用水雾作为反应气体，在等离子体对空气进行净化的同时，也有加湿的作用；(2)本发明的放电电极与水雾直接接触，可以使大部分水雾通过电极，实现与等离子体的大面积接触，提高处理效率；(3)在所述水雾通路中进行高压放电，使得水雾中产生丰富的氧负离子，弱电离的水雾不仅有助于凝聚空气中的颗粒污染物，降低PM2.5浓度，还有利于抑制臭氧的生成，减少二次污染；(4)本发明中由于水雾的存在，可以有效抑制放电中臭氧的产生；(5)通过调节超声波频率和高压电源的频率或电压，使得水雾产生的速度和等离子体产生的速度可以同步调节，这样会使得活性粒子密度很高，在很短的时间内就可以对空气有很好的净化效果；(6)等离子体发生装置在大气压下进行操作，无需真空腔，设备简单，操作方便，价格低廉，而且等离子体处理过后不会产生毒性残留。

附图说明

图1为本发明空气净化装置的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的空气净化装置的结构示意图；

图3为本发明中第二实施例的空气净化装置的结构示意图；

图4为本发明中第三实施例的空气净化装置的结构示意图。

具体实施方式

就本发明而言，最基础的实施例在于提出了：一种空气净化装置，该装置包括用于通过水雾的水雾通路和等离子体发生器，所述等离子体发生器包括放电电极，且：所述放电电极用于通过高压放电产生等离子体，所产生的等离子体与所述水雾通路内的水雾反应混合后，反应混合后的水雾进一步通过所述装置排出。

该实施例中，利用水雾作为反应气体，在等离子体对空气进行净化的同时，也有加湿的作用，在所述水雾通路中进行高压放电，使得水雾中产生丰富的氧负离子，弱电离的水雾不仅有助于凝聚空气中的颗粒污染物，降低PM2.5浓度，还有利于抑制臭氧的生成，减少二次污染。就该实施例而言，水雾如何产生，并不影响该实施例的技术效果。

下面结合附图，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，本发明的空气净化装置包括水雾发生器100和等离子体发生器200。

水雾发生器100可以利用超声波的方式将水雾化，产生水雾，水雾发生器100中可以设置有风机，通过风机将产生的水雾通过水雾发生器100的水雾出口吹出水雾发生器100的壳体；或者水雾发生器100也可以采用市售的加湿器，利用加湿器产生水雾，水雾从加湿器的水雾出口吹出。

等离子体发生器200可以包括高压电源、水雾通路和放电电极。高压电源与放电电极连接，为等离子体发生器200提供激励电源；水雾通路可以包括水雾入口和水雾出口，等离子体发生器200的水雾入口与水雾发生器100的水雾出口相连；放电电极置于水雾通路中，通过放电电极电离水雾通路中的空气，从而产生等离子体，等离子体与水雾通路中的水雾混合后，通过等离子体发生器200的水雾出口排出。下面进行具体说明。

实施例1

请参阅图2，本实施例中的空气净化装置包括水雾发生器100和等离子体发生器200(图2中虚框所包含的部分)。

水雾发生器100，可以包括水雾出口101和超声波发生器。通过超声波发生器将水雾发生器100内的水雾化，产生水雾，水雾通过水雾出口101排出；为了加速水雾的排出速度，水雾发生器100中还可以设置有风机，通过风机将产生的水雾通过水雾出口吹出水雾发生器100。水雾发生器100，也可以采用市售的加湿器，通过加湿器产生水雾。

本发明实施例中的水雾发生器100的水雾产生速度可调，通过调节水雾发生器100的水雾产生速度，就可以调节空气净化装置的水雾喷出速度。具体实现时可以通过调节水雾发生器100中的超声波发生器的功率来改变水雾的产生速度的大小，功率增大时水雾产生速度增加，功率减小时水雾产生速度减小。更进一步的，通过调节超声波频率和高压电源的频率或电压，使得水雾产生的速度和等离子体产生的速度可以同步调节，这样会使得活性粒子密度很高，在很短的时间内就可以对空气有很好的净化效果；

等离子体发生器200与水雾发生器100的水雾出口101密闭连接，等离子体发生器200包括高压电源201、外壳202、和放电电极204。下面分别进行详细说明。

高压电源201

高压电源201用于为等离子体发生器200提供高压电，以激励电极电离空气而产生低温等离子体。所述高压电源201可以为正弦高压电源，频率范围为50Hz到100kHz。就该实施例而言，实际应用中，正弦高压电源电压峰-峰值选择范围在1kV到10kV，频率范围不高于100kHz，频率过低则放电不稳定，频率过高则会导致等离子体发热现象明显。

高压电源也可以是脉冲高压电源，其脉冲频率不高于100kHz。脉冲高压电源的频率越高，等离子体的处理速度越快，而且放电电压越低，但等离子体温度会随频率升高。就该实施例而言，在脉冲高压电源激励下，活性粒子的生成效率更高，同时由于降低了总的放电功率，使得等离子体温度进一步降低。

本发明实施例中可以根据水雾产生的速度来动态调整高压电源的频率或电压，以使得等离子体的处理速速与水雾的产生速度相适应。具体而言，对脉冲电源而言，当水雾产生的速度越快，则高压电源的频率越高，相反则越低；对正弦高压电源而言，水雾产生的速度越快，则高压电源的电压越高，相反则越低。具体实现时可以在水雾出口101处设置一传感器用于检测水雾喷出的速度，同时设置一控制器，控制器根据接收到的传感器检测到的水雾的速度相应调节高压电源的电压或频率。

外壳202

外壳202可以采用金属材质，例如铜等，形状可以是筒形、方形、长方形等，外壳202通过接地线接地。外壳202内设置有放电电极204。外壳202具有水雾入口和水雾出口，水雾入口和水雾出口间为水雾通路，放电电极204置于水雾通路内，外壳的水雾入口与水雾发生器100的水雾出口密闭连接。放电电极204在水雾通路内进行高压放电，产生等离子体，等离子体与水雾混合后通过外壳202的水雾出口排出。

进一步的，外壳202内还可以设置有内筒203，内筒203可以有效防止放电对放电电极204的烧蚀，内筒203可以为玻璃或陶瓷等，所述玻璃可以用耐热玻璃。

放电电极204

放电电极204设置于水雾通路内，优选的，其被外壳202包裹，更优选的，可以被外壳202内的玻璃筒203包裹，本发明实施例中的放电电极为针状。

放电电极204的内径和长度可以改变。通过，改变电极的内径和长度等参数，可以适应不同喷射速度和喷射直径的水雾。

为了降低放电电压，本发明实施例中的放电电极204上还可以设置有放电突起205，放电突起205可以设置多个。放电突起205的存在降低了放电起始条件，并使得放电更容易实现，通过突起上产生的电晕降低了放电起始电压。

以上是对本发明上述实施例1的空气净化装置的结构做了介绍，下面对本装置的空气处理过程以具体实施例形式做进一步介绍。

所述本实施例中的放电电极204可以电离空气产生等离子体，等离子体能产生紫外辐射和活性自由基，对空气中的污染物有着较强的去除能力，而且还能够产生大量的氧负离子，对室内的空气净化有着显著的作用。将本发明的空气净化装置运行一段时间后，对室内空气进行PM2.5和氧负离子浓度检测，发现PM2.5浓度下降，氧负离子浓度升高。通过光谱分析发现，其中02-，0H-等活性粒子是杀菌的关键粒子。而对空气的加湿作用和电荷聚集效应是降低PM2.5浓度的主要原因。本发明实施例的空气净化装置能够有效的抑制放电中臭氧的产生。就该实施例而言，在装置运行30分钟后，通过吸收光谱检测，发现空气中臭氧浓度并无显著升高。这是因为水雾的存在可以加速臭氧分解为氧气，方程式如下：

气相中，O₃+H₂O→H₂O₂+O₂；

液相小水滴中，O₃+O₂→O₂+O_3-，O₃+H₂O₂→0H+HO₂+O₂；

本发明实施例中的空气净化装置，通过水雾发生器100为等离子体发生器200的放电提供反应气体，电极置于水雾通路内提高了等离子体与水雾的接触面积，提高了反应效率；利用水雾作为主反应气体进行放电，有利于抑制臭氧的生成；通过等离子体中的紫外辐射和大量活性粒子，实现对空气中污染物的去除，降低PM2.5的浓度，同时增加氧负离子的浓度。

实施例2

本实施例重点介绍与第一实施例的不同之处，相同之处不再赘述。请参阅图3，本发明第二实施例与第一实施例不同之处在于放电电极204采用网状电极。水雾喷出后，可从网状电极中穿过，网状电极提高了水雾与电极的接触面积，从而使得水雾和等离子体能更加充分的反应。与实施例1相同，网状电极也可以置于内筒203内，网状电极也可以设置放电突起205，在此不再详述。

实施例3

本实施例重点介绍与前两例的不同之处，相同之处不再赘述。请参阅图4，本发明第三实施例与前两例不同之处是不再将水雾作为主要放电对象进行放电，而是先针对空气放电，再将产生的等离子体吹入水雾通路，与水雾充分混合，发生一系列反应从而达到净化空气的目的。

等离子体与水溶液相互作用的仿真研究表明，空气等离子体中的一些粒子，如O₃，N₂O₅，N₂O，H₂O₂，HNO₂，HNO₃，它们与水接触后会发生强烈的化学反应，其中的臭氧和氮氧化物会被去除，而且可以产生负离子。比如NO，O₃，HNO₃等在水中可以通过一系列反应生成负离子O₃ ^-，NO₃ ^-，O₂ ^-等。而且在水的含量越高，负离子的衰减就越缓慢。

以上是对本发明的空气净化装置的介绍，但本领域技术人员应当明了，本发明的放电电极204并不限于针状或网状，例如还可以是螺旋形、S形等，任何可以电离空气产生等离子体的电极均可。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上对本发明所提供的空气净化装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种空气净化装置，其特征在于：该装置包括用于通过水雾的水雾通路和等离子体发生器，所述等离子体发生器包括放电电极，且：所述放电电极用于通过高压放电产生等离子体，所产生的等离子体与所述水雾通路内的水雾反应混合后，反应混合后的水雾进一步通过所述装置排出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置包括水雾出口、水雾入口，所述水雾入口和水雾出口间形成所述水雾通路，所述反应混合后的水雾通过所述水雾出口排出。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置还包括水雾发生器，所述水雾发生器用于产生水雾。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，优选的，所述放电电极的形状包括：针形、网形、S形、或螺旋形。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述等离子体发生器还包括：高压电源，高压电源与放电电极相连，在高压电源的作用下，所述放电电极通过高压放电产生等离子体，且：高压电源的电压或频率能够随产生水雾的速度而改变。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述等离子体发生器还包括：外壳和内筒，所述内筒置于所述外壳内，所述放电电极置于所述内筒中。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述放电电极位于所述水雾通路中，且放电电极针对水雾进行放电；或者所述放电电极位于所述水雾通路外，且放电电极针对空气进行放电，进一步地，该装置将针对空气放电所产生的等离子体吹入水雾通路。

8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述水雾发生器包括超声波发生器和风机，所述水雾发生器通过超声波发生器将水雾发生器内的水雾化产生水雾，通过风机将所述水雾从水雾发生器的出口排出，且：调节所述超声波发生器的超声波频率能够改变产生水雾的速度。

9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述放电电极上设置有多个用于降低放电起始电压的放电突起。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述内筒由玻璃或陶瓷材料制作而成。