CN104138803B - 设有风轮电极放电装置的净化器 - Google Patents

Abstract

本发明属于空气消毒净化技术领域，具体涉及设有风轮电极放电装置的净化器。包括风轮电极放电装置、高压电源、进风口、出风口和机壳。风轮电极放电装置的圆筒形金属风轮是放电地电极，高压电极是套在风轮电极内、外两侧的同轴金属网筒，风轮电极的叶片外设有纤维包层，纤维包层的表面镀有TiO2纳米颗粒，本发明的特征是旋转的金属风轮作为放电电极，有效阻止微放电的发生，可获得均匀的高密度等离子体，并且延长电极寿命，包覆在叶片上的纤维随叶片高速运动，既有助于吸附污染物，又不会增大气流阻力。因此，空气净化效率高、节能、噪音低，可广泛应用于居家、公共场所和汽车内的空气质量管理，以及工业废气处理，尤其适合应用于空调内机上。

Description

设有风轮电极放电装置的净化器

技术领域

本发明涉及气体消毒净化技术领域，具体涉及一种设有风轮电极放电装置的净化器。

技术背景

当代人的生活方式，人的一生约有60％的时间在室内度过，城市居民则高达80％至90％。除非实施净化措施，大型办公、娱乐、购物、会议、教学等公共场所的空气质量会严重下降，不但传播疾病，而且会使人处于亚健康状态。家居条件下的空气净化也非常重要。目前，城市室外空气质量较低，受装修、家具、家用化学产品影响，室内空气质量更差，氧气尤其负氧离子含量很低，而且一些有害气体在室内的浓度远远高于室外。室内空气污染已经日益引起人们的关注。例如，据中国疾病控制中心统计，中国每年死于室内空气污染的人数为11万多，室内空气污染致病人数更多。除了房屋、飞机、火车等大型封闭环境的空气净化，汽车、冰箱等狭小、封闭呼吸环境下的空气净化问题也日益引起人们的关注。当然，在医院、实验室、儿童房等特殊场所，空气更需要净化。

现有的空气净化器中，等离子体空气净化器的净化效果得到广泛认可，因此，许多传统空气过滤净化器也都增加了前级等离子体复合光催化净化单元，增强灭菌、有机物降解和除尘效果，同时延长过滤器使用寿命。例如发明专利公开号00812887.1，公开了一种空气净化机及其等离子体发生单元，即在超高效过滤器前级采用了所谓流光能放电等离子体增强净化单元，等离子体起到分解有机物、杀灭细菌和集尘作用，超高效过滤器则起到二次过滤残余有机物和微尘的作用，然而，气流要通过致密的超高效过滤器，气流阻力很大，需要较大功率电机才能获得较大的气流，电机耗能大，噪音高。

空气净化器用的等离子体发生器主要由两个放电电极构成的电晕放电或者介质阻挡放电类型，产生电晕等离子体的电极是不对称的，正电极是锯齿形、星形、芒刺形、鱼骨形、线电极、针电极、带电极等，负电极是网电极、板电极、型板电极、管电极、蜂窝状电极等。

例如中国发明专利申请号为200510114204.9，公开了一种等离子体放电催化空气净化器，其特征在于，净化器含有等离子体放电催化区，该区利用等离子体放电产生等离子体和紫外光对半导体光催化剂进行催化，产生羟基自由基对有害气体进行降解和灭菌消毒，其产生等离子体的电晕电极是一组不对称电极，如正极多采用针电极，负极多采用板电极，半导体光催化剂是TiO₂、ZnO、ZnS、Fe₂O₃、CdS、CdSe或WO₃粒子，或上述催化剂的复合形式。该技术采用或尖或细的正电极，通过尖端或细线的电场增强效应使其周围局域区间放电更容易，形成局域电晕放电区，初始效果尚可，然而，尖端或细线电极放电形式，一方面等离子体不均匀，平均等离子体密度低，不利于充分净化空气；别一方面尖端或细线电极容易被烧蚀变钝，导致放电停止。研究测试表明，尖端或细线电极寿命一般不足3-4个月。

中国发明专利公开号为CN101920224A，公开了一种金属带-板结构反应器，利用薄的带状电极取代尖端和细线电极，尽管不能有效阻止放电烧蚀电极的发生，但是，带状电极被烧蚀后也不会使电极变钝，放电也不会因此而终止，宣称能有效延长正电极寿命达三四倍，但是，放电形式还是电晕放电，放电区域还是集中在带状电极边缘的局域空间，放电均匀性欠佳，等离子体密度偏低，臭氧产率却不低。

介质阻挡放电容易获得高密度等离子体，对空气净化的效果更好，由于介质阻挡了放电电流通道，保护了电极免于被烧蚀，在数个月的连续测试时间内，几乎没发现有电极被明显烧蚀的现象发生，可以推测电极寿命将会很长，远远超过不对称电极电晕放电的电极寿命。例如中国发明专利公开号为CN1927408，公开了一种介质阻挡放电产生的低温等离子体室内空气净化方法，采用纳秒脉冲介质阻挡放电产生等离子体，分解有害气体，净化效率较高。然而，介质阻挡放电容易发生丝状不均匀放电现象，又称流光放电或微放电，丝状放电均匀性差，放电丝内合成臭氧效率高，容易导致臭氧超标。

发明内容

研究各种等离子体空气净化器的等离子体发生器时不难发现，几乎都是采用固定的不对称电极放电形式，由于放电点始终在尖细处，加之尖细的放电电极耐烧蚀性差，这是导致放电不均匀和电极寿命短的根本原因；由于尖细处电极的局域放电，另一板型电极周围并没有产生等离子体，而气流往往是平流过两电极之间的空间，因此，靠近板型电极的空气并未能被等离子体充分净化就离开等离子体发生器，空气净化不彻底，这也是为什么部分空穴净化器还要加后级超高效过滤器的原因；超高效过滤器虽然能起到二次净化作用，前级等离子体净化单元也延长了后级超高效过滤器的寿命，但是，气流要穿透致密的超高效过滤器，气流阻力太大，需要使用大功率电机驱动强气流，既耗电，噪音又大，有的产品则为了降低噪音和功率，干脆使用低功率电机，虽然能耗和噪音都降下来一些了，但是，牺牲了送风距离，气流很低，送风距离非常有限，测试表明，送风距离基本上等于“净化半径”，市面上30-40W左右的空气净化器的净化半径一般不超过2米，在2米以外的区域基本观察不到净化效果，而且，高于净化器进/出风口的区域也观察不到净化效果。

本发明的目的在于解决上述等离子体空气净化器和净化方法的问题，既要获得高密度等离子体，又要阻止不均匀的丝状放电；既要采用相对较低电压驱动的电晕放电形式，又要克服采用尖端或薄带不对称电极的寿命或放电不均匀性问题；既要在不牺牲空气过滤功能的前提下，又要降低气流通过净化器单元的阻力，增强送风距离和空气对流。

为达到以上目的，本发明通过以下措施获得高密度均匀等离子体放电：采用导电风轮作为大气压放电的一个电极，电机驱动导电风轮旋转，使放电点不会停留在电极的固定点上，而是随风轮旋转在电极表面运动，因而利于产生均匀等离子体，并且起到保护电极作用；风轮旋转产生的气流经过固定电极与风轮电极之间的放电区域，吹散放电丝，一方面阻止丝状不均匀放电的发生，降低了臭氧发生率，另一方面也在等离子体区形成涡流，不仅避免了空气从无等离子体区“逃逸”，还增加了空气在等离子体区的运动距离；风轮叶片上的纤维包层在随风轮高速运动中起到吸附有机物、细菌和微尘作用，使吸附物能更长时间滞留在放电区，被等离子体充分分解，由于纤维包层与气流相切，不会增加气流阻力；纤维包层上镀有Ti0₂纳米颗粒，起到光催化辅助净化空气目的；固定电极外设置绝缘介质镀层或套壳，或者在固定电极与风轮电极之间设置介质层，阻挡放电电流通道，可以增强放电强度，获得更高密度的等离子体，以便满足高污染气体的净化要求，又不会产生电弧放电现象。

所述的一种设有风轮电极放电装置的净化器，如图1所示，包括风轮电极放电装置1、机壳2、进风口205、出风口206和高压电源3；其特征在于采用风轮电极放电装置产生高密度等离子体作为净化单元，风轮电极放电装置1设有电机105、外电极101、风轮电极102和内电极103，电机105的旋转轴与风轮电极102连接，风轮电极102设在外电极101和内电极103中间，三个电极都是圆筒形，外电极101通过固定柱201与导流板202一起固定在机壳2的背板上，内电极103固定在一条固定轴上，固定轴与高压电源3固定在机壳的同一端，固定轴与电机轴共轴但无电接触，风轮电极102一端固定到电机105的旋转轴上，另一端套在固定轴上；风轮电极放电装置的特征在于放电两组电极中，有一组电极被电机驱动旋转，即金属风轮兼作放电的地电极，另一组高压电极固定不动，旋转的风轮电极使放电点在电极表面运动，不会烧蚀电极，延长电极寿命，风轮电极旋转产生的涡流切断放电通道，阻止了微放电的产生，从而获得均匀等离子体；纤维布设在旋转的风轮电极102的风轮叶片104外，随风轮高速旋转，既起到吸附和过滤污染物的目的，又不阻挡气流方向，纤维布包层的表面镀有光催化剂；机壳2的正前面是进气口205，正下方是出气口206，进气口205与出气口206之间通过分流板203分隔，进气口205与出气口206不同向，气流涡旋式流过等离子体区，比平流通过等离子体区增加了运动距离，即增加了污染物滞留在等离子体区被分解或被吸附到风轮叶片外表面的纤维包层上的机率，净化更彻底。

优选地，所述的风轮电极放电装置1通过横流风机驱动气流进出放电装置，横流风机的金属风轮兼作放电装置的接地电极。横流风机的风轮是筒形的，采用金属风轮就可以兼作放电的地电极，既优化了放电模式，即获得均匀高密度等离子体，有效阻止了微放电现象，延长电极寿命，又简化了放电装置结构，从而使净化器更紧凑。

优选地，所述的风轮电极放电装置1是双高压电极——外电极101和内电极103，或者单高压电极——外电极101或者内电极103中的一个。双高压电极的优势是双高压电极同时对风轮电极放电，在风轮电极内、外侧均产生等离子体，风轮电极浸没在等离子体中，对吸附在纤维表面和污染物的分解更彻底；而单高压电极的优点是结构简化。

优选地，所述的风轮叶片104外表面包裹了纤维布，或者裸露。风轮叶片104外包裹纤维布的优势是吸附污染物，提高单次净化效率，并起到保护风轮电极的作用；裸露风轮叶片的优点是放电电压较低。

优选地，所述的光催化剂是TiO₂纳米颗粒，TiO₂纳米颗粒镀在纤维表面。纤维有更大的比表面积，可以镀上比更多的TiO₂纳米颗粒，而将TiO₂纳米颗粒具有比纤维更大的比表面积，吸附能力更强，能吸附更多的污染物，TiO₂纳米颗粒，还具有光催化能力，能吸收来自等离子体的紫外光，辅助降解吸附于纤维和TiO₂纳米颗粒表面的污染物。

优选地，所述的外环电极101和内环电极103是金属网围成的圆筒。采用金属网电极使其透气，降低气流阻力，从而节省电机能耗，降低噪音。

优选地，所述的圆筒形外环电极101和内环电极103与圆筒形风轮电极102同轴安装。风轮电极102与内环电极103和外环电极101之间的距离相等使内环电极103和外环电极101可以共用一个高压电源输出端，也能保证风轮电极内外两侧放电强度相同，降低成本。

优选地，所述的风轮叶片104与内电极103和外电极101之间的距离相等，范围是3-15mm。放电电极间距太宽，需要的放电电压过高，安全性低，也难获得均匀等离子体，太窄则等离子体区间也太小。

优选地，所述的高压电源3和固定轴固定在机壳的同一端，电机105固定在机壳2的另一端。

优选地，所述的高压电源3的高压输出端接外环电极101和内环电极103，接地端与电机105的旋转轴和金属外罩204共地，电机105的旋转轴与风轮电极102电接触。

附图说明

图1、设有风轮电极放电装置的净化器结构示意图。

图中1-风轮电极放电装置，2-机壳，3-高压电源，101-外电极，102-风轮电极，103-内电极，104-风轮叶片，105-电机，201-固定柱，202-导流板，203-分流板，204-外罩。

具体实施方式

本发明具体实施例的设有风轮电极放电装置的净化器，其结构示意图如图1所示。

风轮电极102是采用铝合金制成，内直径69mm，外直径92mm，长645mm；风轮叶片104的相邻叶片之间的间隔范围是15mm，两端用绝缘塑料截面封闭，两端塑料截面上分别留有电机105的旋转轴的法兰接口和中轴孔；风轮叶片宽15mm，中间厚度1.0mm，边缘剑刃厚0.1mm，长600mm；风轮叶片104外包覆0.5mm的玻璃纤维布，纤维布表面镀有TiO₂纳米颗粒；电机105的最大功率为25W，设有高速、中速和低速三档，高速档送风距离达5米以上，低速档也达3米以上；内环电极103和外环电极101均采用金属网制成的网筒，固定轴穿过内环电极103轴线，二者固定在一起，固定轴一端插入带电机接口法兰的风轮绝缘截面的中孔，风轮绝缘截面固定到电机旋转轴上，固定轴与电机旋转轴共轴，但不接触，二者距离20mm，铝合金风轮套到带有电机接口法兰的绝缘截面上，并与绝缘截面固定成一个整体，另一个带中轴孔的风轮绝缘截面通过固定轴的另一端套到风轮的另一端上，也与风轮固定成一个整体，将外环电极101网筒也套到风轮电极外，最后将固定轴固定在支点上，外环电极101网筒则与机壳2固定在一起；风轮叶片104与内环电极103和外环电极101之间的距离设为5mm，不足万伏电压即可放电；高压电源3采用10W的脉冲电源；风轮电极102和电机105采用卧式放置，适合悬挂于墙上，进气口和出气口分别开在风轮正前面和正下方。设有风轮电极放电装置的净化器尤其适合安装到空调内机里，集成于空调内机上，可增强空调的空气净化功能。

Claims (9)

1.一种设有风轮电极放电装置的净化器，包括风轮电极放电装置（1）、机壳（2）、进气口（205）、出气口（206）和高压电源（3）；风轮电极放电装置（1）设有电机（105）、外电极（101）、风轮电极（102）和内电极（103），电机（105）的旋转轴与风轮电极（102）连接，风轮电极（102）设在外电极（101）和内电极（103）中间，三个电极都是圆筒形，外电极（101）通过固定柱(201)与导流板（202）一起固定在机壳（2）的背板上，内电极（103）固定在一条固定轴上，固定轴与高压电源（3）固定在机壳的同一端，固定轴与电机轴共轴但无电接触，风轮电极（102）一端固定到电机（105）的旋转轴上，另一端套在固定轴上；机壳（2）的正前面是进气口（205），正下方是出气口（206），进气口（205）与出气口（206）之间通过分流板（203）分隔；其特征在于放电两组电极中，风轮电极被电机驱动旋转，形成风涡流，另一组电极固定不动，固定的电极是高压电极，固定的高压电极对接地的风轮电极放电，旋转的风轮电极（102）的风轮叶片（104）外设有纤维布包层或者裸露，纤维布包层的表面镀有光催化剂。

2.根据权利要求1所述的设有风轮电极放电装置的净化器，其特征在于所述的风轮电极放电装置（1）通过横流风机驱动气流进出放电装置，横流风机的金属风轮兼作放电装置的接地电极。

3.根据权利要求1所述的设有风轮电极放电装置的净化器，其特征在于所述的风轮电极放电装置（1）是双高压电极——外电极（101）和内电极（103），或者单高压电极——外电极（101）或者内电极（103）中的一个。

4.根据权利要求1所述的设有风轮电极放电装置的净化器，其特征在于所述的光催化剂是TiO₂纳米颗粒，TiO₂纳米颗粒镀在纤维表面。

5.根据权利要求1所述的设有风轮电极放电装置的净化器，其特征在于所述的外电极（101）和内电极（103）是金属网围成的圆筒。

6.根据权利要求1所述的设有风轮电极放电装置的净化器，其特征在于所述的圆筒形外电极（101）和内电极（103）与圆筒形风轮电极同轴安装。

7.根据权利要求1所述的设有风轮电极放电装置的净化器，其特征在于所述的风轮叶片（104）与内电极（103）和外电极（101）之间的距离相等，范围是3-15mm。

8.根据权利要求1所述的设有风轮电极放电装置的净化器，其特征在于所述的高压电源（3）和固定轴固定在机壳的同一端，电机（105）固定在机壳（2）的另一端。

9.根据权利要求1所述的设有风轮电极放电装置的净化器，其特征在于所述的高压电源（3）的高压输出端接外电极（101）和内电极（103），接地端与电机（105）的旋转轴和金属外罩（204）共地，电机（105）的旋转轴与风轮电极（102）电接触。