CN104588209B - 一种在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法 - Google Patents

Abstract

一种在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，属净化处理领域。其在空气通道中，依次设置正、负高压脉冲荷电区，交变电场下的静电凝并区，尘粒收集区，等离子体消毒区和负离子区；在正、负高压脉冲荷电区，待净化的空气被分成两股，分别被引入并行排列的正、负相间的微粒荷电区，使两股空气中的微粒分别携带上正、负电荷，形成荷电微粒，在交流高压或脉冲交流高压场的作用下，正、负荷电微粒相互运动碰撞，凝聚为较大颗粒，较大颗粒微尘通过尘粒收集区时，被收集到接地集尘板上，实现空气中微小颗粒的净化。其在家居环境中，对于粒径在10μm以下的细颗粒物，实现了90％以上的收集效率。

Description

一种在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法

技术领域

本发明属于净化处理领域，尤其涉及一种利用高压电场分离的方式去除空气中细颗粒物的方法。

背景技术

近来，由于各种工业烟尘排放量过高，加上社会中汽车拥有数量增长迅速，导致空气污染日益增长，周围环境的空气质量迅速降低，雾霾天气数量增长明显，使得室内空气过滤、净化装置的应用市场日益增长。

作为室内或汽车空间中空气尘埃的吸附、清洁、净化装置，现在已经有各种室内或车载空气净化装置获得使用，各种空气净化器被广泛应用在宾馆、商务写字楼、机场候机厅、车厢、机舱等各种需要空气净化，保证人体健康的场合。

目前市场上绝大部分的空气净化器所采用的技术方案主要有采用静电除尘模式和机械过滤模式两大类，部分空气净化器还利用紫外光催化二氧化钛消毒净化空气。

前者，例如授权公告日：2000年8月9日，授权公告号为CN2391120Y的实用新型中公开的“空调室内机的高压静电除尘装置”，其在装有高压静电发生器的基座框架两端的架槽里，活动嵌装有集尘栅架。该栅架内设有若干条平行的高压放电极线，集尘格板和低压边框电极，三者分别与该框架上的高压电极板，接地线柱和低压电极活动相接，构成拆卸方便的，有利于维护清洗的集尘、除尘装置。

后者，例如公开日为2013年11月13日，公开号为CN103388868A的发明专利申请中公开的“换气装置及包括该换气装置的空调器”，其换气装置包括：壳体，具有壳体室内接口和壳体室外接口；以及过滤盒，固定设置在壳体内部，过滤盒具有过滤腔进风口以及过滤腔出风口，过滤腔进风口处设置有HEPA过滤网。采用该技术方案的换气装置及包括该换气装置的空调器，主要利用过滤网过滤细微颗粒，通过在过滤盒的过滤腔进风口处设置HEPA过滤网，使空气中的杂质颗粒被HEPA过滤网阻挡，保证了向室内输入的是过滤掉对人体有害的颗粒的新鲜空气，使室内空气健康清新。

但是，前者的技术方案只能去除空气中较大的粉尘颗粒，对于颗粒直径小于10微米的超细微颗粒由于存在“穿越窗口”(由于微小颗粒难以荷电，且捕获的静电力弱)，使得其对于直径小于10微米的颗粒物基本没有去除效果，捕集效率大幅度降低。

而后者采用过滤方法带来的副作用是过滤网的过滤阻力较大，过滤器运行一段时间之后，空气过滤器的阻力就会达到其终阻力，这时就需要更换滤芯了，否则其过滤机能就会下降，达不到应起的作用，甚至会影响系统的正常运行，从而导致了其使用成本较高，在使用过程中存在“二次污染”的问题；从另一方面来说，采用过滤器要达到能滤除空气中细微颗粒的程度，其滤网的空气阻力(即俗称的“风阻”)会达到十分巨大的程度，使得整个过滤装置的过滤工作效率十分低下，而且其能源消耗非常高，无法形成实用、经济的家用空气清洁产品。

此外，现有的空气净化装置多采用紫外线作为消毒手段，而紫外光一旦泄露，则对人眼及皮肤存在伤害。

细颗粒物又称细粒或细颗粒，是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，也称PM2.5、可入肺颗粒物。

2013年2月，全国科学技术名词审定委员会将PM2.5的中文名称命名为细颗粒物。

细颗粒物的化学成分主要包括有机碳(OC)、元素碳(EC)、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐(Na+)等。

与较大粒径的空气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质，且在空气中的停留时间长，输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

公告日授权公告日为2012年11月14日，授权公告号为CN102179305B的中国发明专利中，公开了“一种电除尘装置”，其包括：多级除尘器，其所述多级除尘器中至少包括细颗粒除尘器，所述细颗粒除尘器包括：多个极板；和位于所述相邻两个极板间的多个金属丝网和多个高压极线，所述多个金属丝网和多个高压极线按照预定间隔交替分布。该技术方案可以通过电晕风和摩擦增强微粒的荷电几率，并利用电晕风的加减速作用和颗粒在细密网格间的布朗运动增强惯性捕获，较小的网格间隙也可使静电力捕捉加强。因此该技术方案在多种作用下可大大提高电除尘装置对可吸入颗粒物尤其是微纳米级颗粒物的脱除效率。

公开日为2012年8月15日，公开号为CN 102631989A的发明专利申请中，公开了“一种微尘电除尘器”，其包括依次连通的凝并区、导流区和膜式静电除尘区，凝并区与常规电除尘系统导通，设置有等间隔的多个收尘板，形成与微尘方向一致的多个微尘通道，同一个微尘通道内设置有垂直于微尘方向且极性相同的放电极，相邻的微尘通道内放电极的极性相反，使通过该区的微尘带上不同的电荷；导流区与凝并区连通，设置有多个垂直于微尘方向的导流板，导流板的侧面朝向微尘方向，使得带不同电荷的微尘在该区凝并；膜式静电除尘区与导流区连通，设置有多个等间隔的收尘膜，形成与微尘方向一致的多个荷电微尘通道，每个荷电微尘通道内均设置有多个阴极放电极，使凝并后的荷电微尘在该区被收尘膜捕捉。

上述两技术方案虽然提出了针对可吸入颗粒物，尤其是微纳米级颗粒物的“去除”问题，并给出了相应的解决方案，但是其均是针对工业化生产过程中的除尘问题，侧重的是对工业生产过程中所排出烟气中所含灰尘(即通常所说的高比电阻粉尘)的处理和去除。理论上，尘埃粒子从荷电到移动到集尘板需要2～4秒时间，若风速为1米/秒时，集尘板通道长度需要2～4米，如风速为2米/秒时，集尘板通道长度需要4～8米，故为了取得较好的除尘效果，其装置需要的占用空间较大(相对于家用电器或家居空间的尺寸范围而言)，无法适用于室内空气净化领域。

家居环境是家庭团聚、休息、学习和家务劳动的人为小环境。

如何使得在家居环境中，也能够采用静电除尘技术，对室内空间空气中的PM2.5进行去除，是现有家用空调或空气净化装置设计中急待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，其将电晕放电、低温等离子体等多种除尘模式复合为一体，应用于室内或车载空气净化器，解决了现有家用空气净化器“风阻”过大和“二次污染”的问题，既可实现在家居空间尺寸范围内去除空气中PM2.5颗粒的目的，还可对空气进行消毒，避免了紫外光辐射的泄漏伤害问题。

本发明的技术方案是：提供一种在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，包括采用静电来捕集和去除空气中的颗粒物，其特征是所述在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法包括下列步骤：

1)设置一空气通道，用于对被抽进通道中的待处理空气进行流动过程中的净化处理；

2)在空气通道中，沿待处理空气的气体流动方向，依次设置正、负高压脉冲荷电区，交变电场下的静电凝并区，尘粒收集区，等离子体消毒区和负离子区；

3)在所述的正、负高压脉冲荷电区，设置第一至第三接地板电极，所述第一至第三接地板电极的纵向轴平行，位置并列，将所述的空气通道分为并行排列的正高压脉冲荷电区和负高压脉冲荷电区，在第一、第二接地板电极之间和第二、第三接地板电极之间，分别设置正、负线状电晕放电极；

对所述的正、负线状电晕放电极分别施加输出波形为窄方波的正、负高压窄脉冲电源；

所述正、负高压窄脉冲的电压值为3KV～50KV，所述窄脉冲的宽度为0.1ms～1ms；

4)在所述的交变电场下的静电凝并区，设置纵向轴平行，位置并列的第四、第五接地板电极，在所述的第四、第五接地板电极之间，设置第三线状电晕放电极；

对所述的第三线状电晕放电极施加交流高压电源或脉冲交流高压电源；

所述交流高压电源或脉冲交流高压电源的电压值为3KV～50KV，频率为1Hz～1MHz；

5)在所述的尘粒收集区，设置纵向轴平行，位置并列的第六、第七接地板电极，在所述的第六、第七接地板电极之间，设置第四线状电晕放电极；

对所述的第四线状电晕放电极施加负直流高压电源；

所述负直流高压电源的电压值为3000～－30KV，电流值为0.1～10mA；

6)在所述的等离子体消毒区，采用纵向轴平行，位置并列，两两成对的模式设置数组接地电极板组，在所述两个接地电极板的相对面上，覆盖设置有厚度小于5mm的绝缘板；所述绝缘板的表面粗糙度Ra＜10μm，其平面尺寸大于所述接地极板的平面尺寸；在每两个接地电极板之间，分别设置第五线状电晕放电极；

对所述的第五线状电晕放电极施加高压交流电源或脉冲交流电源；

其所述高压交流电源或脉冲交流电源的电压值为3KV～50KV，频率为50～500KHz，所述的高压交流或脉冲交流可在其放电空间产生10⁷/cm³以上的正负离子；

7)在所述的负离子区，设置一导电碳纤维网作为电极，所述的导电碳纤维网与所述待处理气体的流动方向相垂直设置，沿空气流动方向，在紧贴所述导电碳纤维网的后方，放置至少一组陶瓷电热管；

对所述的导电碳纤维网施加负直流次高压或负直流脉冲高压；

所述负直流次高压或负直流脉冲高压，其电压范围小于3000V，电流小于1mA；负离子产生量每秒大于10⁷；

所述陶瓷电热管的加热温度控制范围为60～300℃；

8)将待净化的空气通过引风装置吸入所述的空气通道，空气通道中的风速小于0.8m/s；

9)在所述的正、负高压脉冲荷电区，待净化的空气被分成两股，分别被引入并行排列的正、负相间的微粒荷电区，使两股空气中的微粒分别携带上正、负电荷，形成荷电微粒，其空间离子浓度大于10⁷/cm³；

10)当两股分别携带有正电荷、负电荷的荷电微粒进入到所述的交变电场下的静电凝并区时，两股空气被合并成一股，在交流高压或脉冲交流高压场的作用下，所述的正、负荷电微粒相互运动碰撞，凝聚为粒径为10μm～90μm的较大颗粒；此时，空气中粒径＜10μm的细微颗粒又会与上述已凝并的大颗粒继续凝并、增大，使得粒径＜10μm的细微粉尘更易于被补集或捕集。

11)当凝聚为粒径10μm—90μm的较大颗粒的微尘通过所述的尘粒收集区时，在负直流高压场的作用下，被收集到接地集尘板上，实现空气中微小颗粒的净化；

12)在所述的等离子体消毒区，该区所产生的高能粒子、活性粒子将灭杀细菌、病毒并分解有害气体，使待净化的空气得到消毒净化；

13)在所述的负离子区，产生对人体有益的负氧离子，又能控制臭氧、氮氧化合物产生量，使其远低于安全标准值；

14)通过上述步骤和方法，实现在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除，同时实现对空气的净化、消毒。

具体的，在所述的正高压脉冲荷电区和负高压脉冲荷电区，对所述的正、负线状电晕放电极分别施加输出波形为窄方波的正、负高压直流方波脉冲，以确保在荷电空间，放电进行周期内形成稳定的不变的电场，使空气分子获得足够、一致、稳定的电离能，快速稳定的电离，让细颗粒物高效、迅速荷电，避免电源能量的浪费，确保高压运行安全，同时避免线电极对地电极产生火花放电的危险。

进一步的，所述正、负高压直流方波脉冲的电压值为3KV～50KV，以适应不同的线电极—接地极板间距；所述正、负高压直流方波脉冲的脉冲电流为0.1～10mA，以适应于不同空间浓度的直径当量≤2.5μm的微细颗粒荷电。

进一步的，在所述的交变电场下的静电凝并区，所施加的交流高压电源或脉冲交流高压电源的电流为0.1～10mA。

具体的，在所述的静电凝并区，优选施加脉冲交流电源，所述的脉冲交流电源将正、负直流高压交替的作用于所述的线状电晕放电极，所述的脉冲交流电源输出正、负交替的方波电压，在其各自的正、负作用周期内，所述脉冲交流电源的电压值保持不变，进而使空间电场不变，给已荷电的细颗粒物提供始终如一的电场动力，确保其获得足够的动量，利于使已荷电的细颗粒物小颗粒在这种交变电场力作用下相互碰撞凝聚为大颗粒。

进一步的，在所述的等离子体消毒区，在各个接地电极板的相对面上，覆盖表面光滑的绝缘板，以利于形成稳定的等离子体放电，同时光滑的绝缘表面有利于提高灭菌效果。

在所述的等离子体消毒区，沿所述空气流动方向上，紧贴所述导电碳纤维网的后面，放置陶瓷电热管，用于促使导电碳纤维网电极所产生的臭氧自行分解，而不产生过量臭氧分子及氮氧化物。

其所述的正、负线状电晕放电极、第三至第五线状电晕放电极均为螺纹形线电极，以减小高压电晕对放电极中心的电晕电蚀，防止电晕线被高压电晕烧蚀断裂，避免放电在线电极上的游移，增加放电的均匀性与稳定性。

本发明所述的去除方法对于待处理的空气，通过正/负高压脉冲荷电、交变电场下的静电凝并、负直流高压电场下的尘粒收集、低温等离子体气体消毒和增加负离子，实现在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除和对空气的净化、消毒，提高收尘效率，避免紫外光辐射伤害，降低空气净化装置的耗能。

本发明所述的去除方法针对细颗粒物≤500μg/m³，PM10≤600μg/m³的家居环境，采用窄脉冲放电形式和负直流高压放电形式，通过30KV以下的工作电压和10mA以下的工作电流，对于粒径在10μm以下的颗粒物，实现90％以上的收集效率；同时，设置陶瓷电热管用于消除臭氧，其所产生的臭氧浓度能够达到0.05ppm以下，远低于国家安全标准值。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1、在正高压脉冲荷电区和负高压脉冲荷电区，分别采用正、负高压窄脉冲对空气中的粉尘颗粒进行荷电，属于双极性交流脉冲荷电，可在同一区域实现异性荷电，不但增加了微粒的荷电量，而且能够使携带异性电荷的小微粒凝并为大颗粒，一方面可以确保在荷电空间，放电进行周期内形成稳定的不变的电场，使空气分子获得足够、一致、稳定的电离能，快速稳定的电离，让细颗粒物高效迅速荷电；二可避免电源能量的浪费；三可确保高压运行安全，避免线电极对地电极产生火花放电的危险；

2、在凝并区采用采用交流高压电源或脉冲交流高压电源对已荷电粒子进行静电凝并，采用的是正、负微粒在交流脉冲电场下的电凝并，其阻力小，凝并效率高，利于使已荷电的小颗粒在这种交变电场力作用下相互碰撞凝聚为大颗粒；

3、在尘粒收集区对螺旋型电极施加负直流高压电源，有利于已凝聚的大颗粒荷电收集；

4、在等离子体区采用表面光滑的绝缘板，使细菌无处躲藏，更有利于提高灭菌效果；

5、将电晕放电和低温等离子体技术应用于空气净化器，以解决现有空气净化器风阻过大，二次污染，紫外光辐射的问题；

6、与现有技术相比，本技术方案不设过滤网，风阻很低，耗能少，无二次污染，无紫外光辐射伤害，收尘效率高，灭菌效率高。

附图说明

图1是本发明方法步骤的方框图；

图2是本发明正、负高压脉冲荷电区的结构示意图；

图3是本发明交变电场下的静电凝并区的结构示意图；

图4是本发明尘粒收集区的结构示意图；

图5是本发明等离子体消毒区的结构示意图；

图6是本发明负离子区的结构示意图；

图7是本发明导电纤维网的结构示意图；

图8是螺纹形线电极的纵向结构示意图；

图9是螺纹形线电极的径向结构示意图；

图10是图8中A部分的结构放大示意图。

图中1-1为第一接地板电极，1-2为第二接地板电极，1-3为第三接地板电极，1-4为第四接地板电极，1-5为第五接地板电极，1-6为第六接地板电极，1-7为第七接地板电极，1-8、1-9为等离子体消毒区接地板电极，2-1为正线状电晕放电极，2-2为负线状电晕放电极，2-3为第三线状电晕放电极，2-4为第四线状电晕放电极，2-5为第五线状电晕放电极，3-1、3-2为绝缘板，4为导电碳纤维网，5为陶瓷电热管，d为螺纹形线电极的中心直径，α为螺纹形线电极的螺纹尖度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1中，本发明的技术方案提供了提供一种在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，包括采用静电来捕集和去除空气中的颗粒物，其发明点在于所述的去除方法包括下列步骤：

A、设置一空气通道，用于对被抽进通道中的待处理空气进行流动过程中的净化处理；

B、在空气通道中，沿待处理空气的气体流动方向，依次设置正、负高压脉冲荷电区，交变电场下的静电凝并区，尘粒收集区，等离子体消毒区和负离子区；

C、在正、负高压脉冲荷电区，待净化的空气被分成两股，分别被引入并行排列的正、负相间的微粒荷电区，采用正、负高压窄脉冲对空气中的粉尘颗粒进行双极性交流脉冲荷电，使两股空气中的微粒分别携带上正、负电荷，形成荷电微粒；

D、在交变电场下的静电凝并区，采用正、负微粒在交流脉冲电场下的电凝并，在交流高压或脉冲交流高压场的作用下，正、负荷电微粒相互运动碰撞，凝聚为较大的颗粒；

E、当凝聚为较大颗粒的微尘通过所述的尘粒收集区时，在负直流高压场的作用下，被收集到接地集尘板上，实现空气中微小颗粒的净化；

F、在所述的等离子体消毒区，该区所产生的高能粒子、活性粒子将灭杀细菌、病毒并分解有害气体，使待净化的空气得到消毒净化

G、在所述的负离子区，产生对人体有益的负氧离子，又能控制臭氧、氮氧化合物产生量，使其远低于安全标准值；

H、通过上述步骤，实现在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除和对空气的净化、消毒，提高收尘效率，避免紫外光辐射伤害，降低空气净化装置的耗能。

具体的，在所述的正、负高压脉冲荷电区，设置第一至第三接地板电极，所述第一至第三接地板电极的纵向轴平行，位置并列，将所述的空气通道分为并行排列的正高压脉冲荷电区和负高压脉冲荷电区，在第一、第二接地板电极之间和第二、第三接地板电极之间，分别设置正、负线状电晕放电极；对所述的正、负线状电晕放电极分别施加输出波形为窄方波的正、负高压窄脉冲电源。

进一步的，所述正、负高压窄脉冲的电压值为3KV～50KV，以适应不同的线电极—接地极板间距；所述窄脉冲的宽度为0.1ms～1ms，所述正、负高压直流方波脉冲的脉冲电流为0～10mA，以适应于不同空间浓度的直径当量≤2.5μm的微细颗粒荷电。

具体的，在所述的静电凝并区，所施加的交流高压电源或脉冲交流高压电源的电流为0～10mA。

在所述的静电凝并区，优选施加脉冲交流电源，所述的脉冲交流电源将正、负直流高压交替的作用于所述的线状电晕放电极，所述的脉冲交流电源输出正、负交替的方波电压，在其各自的正、负作用周期内，所述脉冲交流电源的电压值保持不变，进而使空间电场不变，给已荷电的细颗粒物提供始终如一的电场动力，确保其获得足够的动量，利于使已荷电的细颗粒物小颗粒在这种交变电场力作用下相互碰撞凝聚为大颗粒。

在所述的等离子体消毒区，在各个接地电极板的相对面上，覆盖表面光滑的绝缘板，以利于形成稳定的等离子体放电，同时光滑的绝缘表面有利于提高灭菌效果。

在所述的等离子体消毒区，紧贴导电碳纤维网的后方放置陶瓷电热管，用于促使导电碳纤维网电极所产生的臭氧自行分解，而不产生过量臭氧分子及氮氧化物。

具体的，所述的正、负线状电晕放电极、第三至第五线状电晕放电极均为螺纹形线电极，以减小高压电晕对放电极中心的电晕电蚀，防止电晕线被高压电晕烧蚀断裂，避免放电在线电极上的游移，增加放电的均匀性与稳定性。

在实际实施时，首先，使携带微尘颗粒，细菌、病毒及有害气体的空气通过引风机的带动下，进入并行排列的正、负相间的微粒荷电区，使微粒分别携带上正、负电荷；此荷电区内的螺纹形线状荷电电晕发生极分别施加正、负直流窄脉冲高压，非如此不宜使微粒荷电。

当分别携带有正、负电荷的荷电微粒进入到静电凝并区时，在交流高压或脉冲交流高压场作用下，荷电微粒将相互运动碰撞，凝聚为较大的颗粒，利于之后集尘区电场对其收集。

凝聚为较大颗粒的微尘通过所述的尘粒收集区时，在负直流高压场的作用下，极容易发生颗粒荷电，进而被收集到接地集尘板上，实现空气中微小颗粒的净化。

被滤去微粒的空气中还含有大量的细菌、病毒和有害气体，并没有被上述区域所完全处理掉；当其进入到等离子体区时，该区所产生的高能粒子、活性粒子将灭杀细菌、病毒并分解有害气体，使空气得到消毒净化。该区螺纹形线状电晕放电极所施加的是交流高压或脉冲交流高压(频率50～500KHz)，较单一的正或负高压，更便于产生大范围的低温等离子体；另外，该区接地电极板内表面覆盖有表面光滑的绝缘层，以利于形成稳定的等离子体放电，亦可有利于提高灭菌效果。

最后的负离子区用于产生负氧离子，促进人体健康的负直流次高压或负直流脉冲高压负氧离子产生区，所用电极为导电碳纤维网。

由于所加负直流电压较低或采用负直流脉冲高压,放电能量较低；而导电碳纤维网又易于形成电晕放电；另外，在紧贴导电碳纤维网的后方放置陶瓷电热管也将促使导电碳纤维网电极所产生的臭氧自行分解，故此即可产生对人体有宜的负氧离子，又能控制臭氧、氮氧化合物产生量，使其远低于安全标准值。

图2中，在所述的正、负高压脉冲荷电区，设置第一至第三接地板电极1-1、1-2和1-3，所述第一至第三接地板电极的纵向轴平行，位置并列，将所述的空气通道分为并行排列的正高压脉冲荷电区和负高压脉冲荷电区，在第一、第二接地板电极之间和第二、第三接地板电极之间，分别设置正、负线状电晕放电极2-1、2-2；对所述的正、负线状电晕放电极分别施加输出波形为窄方波的正、负高压窄脉冲电源，其所述正、负高压窄脉冲的电压值为3KV～50KV，所述窄脉冲的宽度为0.1ms～1ms。

图3中，在所述的交变电场下的静电凝并区，设置纵向轴平行，位置并列的第四、第五接地板电极1-4、1-5，在所述的第四、第五接地板电极之间，设置第三线状电晕放电极2-3；对所述的第三线状电晕放电极施加交流高压电源或脉冲交流高压电源，所述交流高压电源或脉冲交流高压电源的电压值为3KV～50KV，频率为1Hz～1MHz。

图4中，在所述的尘粒收集区，设置纵向轴平行，位置并列的第六、第七接地板电极1-6、1-7，在所述的第六、第七接地板电极之间，设置第四线状电晕放电极2-4；对所述的第四线状电晕放电极施加负直流高压电源，所述负直流高压电源的电压值为0～－30KV，电流值为0～10mA。

图5中，在所述的等离子体消毒区，采用纵向轴平行，位置并列，两两成对的模式设置数组接地电极板组，在所述两个接地电极板1-8、1-9的相对面上，覆盖设置有厚度小于5mm的绝缘板3-1、3-2；所述绝缘板的表面光滑，其平面尺寸大于所述接地极板的平面尺寸；在每两个接地电极板之间，分别设置第五线状电晕放电极；对所述的第五线状电晕放电极施加高压交流电源或脉冲交流电源，所述高压交流电源或脉冲交流电源的频率为50～500KHz。

图6中，在所述的负离子区，设置一导电碳纤维网4作为电极，所述的导电碳纤维网与所述待处理空气的气体流动方向相垂直设置，在紧贴所述导电碳纤维网的后方，放置至少一组陶瓷电热管5；对所述的导电碳纤维网施加负直流次高压或负直流脉冲高压，所述负直流次高压或直流脉冲高压的电流小于1mA；所述陶瓷电热管的加热温度控制范围为60～300℃。

图7中，给出了导电碳纤维网的结构，其由导电碳纤维编织而成，其导电碳纤维的参数为：纤维直径≤0.15mm。

图8、图9和图10中，所述的正、负线状电晕放电极、第三至第五线状电晕放电极均为螺纹形线电极，以减小高压电晕对放电极中心的电晕电蚀，防止电晕线被高压电晕烧蚀断裂，避免放电在线电极上的游移，增加放电的均匀性与稳定性。

所述螺纹形线电极的参数尺寸为中心直径≤2.5mm，螺纹锥度为6～18°，螺纹间距为1～5mm。

进一步的，将本发明技术方案中各个工作区的结构和工作原理叙述如下：

1、荷电区：分为正高压脉冲荷电区和负高压脉冲荷电区，采用输出波形为窄方波的正、负高压窄脉冲电源，脉冲宽度可窄至0.1ms—1ms，如此窄的高压直流方波脉冲，一可确保在荷电空间，放电进行周期内形成稳定的不变的电场，使空气分子获得足够、一致、稳定的电离能，快速稳定的电离，让细颗粒物高效迅速荷电；二可避免电源能量的浪费；三可确保高压运行安全，避免线电极对地电极产生火花放电的危险；

所述正、负脉冲的电压值可调，为3KV—50KV，以适应不同的线电极—接地极板间距；

所述正、负脉冲电流可调，为0—10mA，以适应于不同空间浓度的微细颗粒(直径当量≤2.5μm)荷电。

2、静电凝并区：采用交流高压电源或脉冲交流高压电源，电压值可调，为3KV—50KV；频率为1Hz—1MHz；电流可调，为0—10mA；

其中脉冲交流电源更优，其将正、负直流高压交替的作用于线状放电极，其输出为正、负交替的方波电压，在其各自的正、负作用周期内，其电压值保持不变，进而使空间电场不变，给已荷电的细颗粒物提供始终如一的电场动力，确保其获得足够的动量，利于使已荷电的小颗粒在这种交变电场力作用下相互碰撞凝聚为大颗粒。

3、尘粒收集区：采用负直流高压电源，电压值可调，为0～－30KV；电流值可调，为0—10mA，利于已凝聚的大颗粒荷电收集。

4、等离子体区：为消毒区，清除细菌、病毒，有害气体；采用高压交流电源或脉冲交流电源，频率50～500KHz；该区接地电极板内表面覆盖有厚度小于5mm的表面光滑的超过接地极板尺寸的绝缘板，以利于形成稳定的等离子体放电，同时光滑的绝缘表面使细菌无处躲藏，更有利于提高灭菌效果。

5、负离子区：负离子产生区，采用导电碳纤维网作电极，施加负直流次高压或负直流脉冲高压，电流小于1mA，利于释放负氧离子；另外，在紧贴导电碳纤维网的后方放置陶瓷电热管，加热温度至60—300℃，用于促使导电碳纤维网电极所产生的臭氧自行分解，而不产生过量臭氧分子及氮氧化物。

上述1至4区的线状放电极均采用螺纹形线电极，因其放电能量作用于螺纹尖端上，从而大大减小了高压电晕对放电极中心的电晕电蚀，防止电晕线(电极)被高压电晕烧蚀断裂；同时，由于螺纹尖端的曲率半径远小于放电极中心，放电将稳固在螺纹尖端上，避免了放电在线电极上的游移，故螺纹状结构的存在亦增加了放电的均匀性与稳定性。

此外，本发明技术方案中，输出波形为窄方波的正、负高压窄脉冲电源作用于螺纹型线状电晕线(电极)上，这种高强瞬态电离场会对空气分子产生爆炸式的动量冲击，其电离出的正、负离子具有很高的动能，为小分子离子；这种小分子离子能够快速的(ns级)与细颗粒物微粒实现饱和荷电，而不会与大空气分子团碰撞摩擦造成电离能、动能的损失；这种饱和荷电的正、负荷电微粒，由于荷电充分，其电场驱进速度得到了极大改善，减小了气体流动对其产生的不利影响；由于是饱和的、异性的荷电，正、负荷电微粒本身就有较强的相互凝聚的作用力，而又将它们置于交流高压电源场或输出波形为窄方波的脉冲交流高压电源场的作用下，则更加大了彼此相互运动碰撞的机会，从而实现最快速的凝聚。

本技术方案与现有技术相比，存在如下区别：

1、现有技术中，有设立导流区，在导流区中设置导流板，以期达到“凝并”效果的，其导流板所起作用为增加带电粉尘的“湍流”运动，利用“湍流”携带带电粒子乱向运动，使携带不同电荷的颗粒“凝并”，该技术方案对导流板未施加任何电压，不属于“电凝并”，其实质为“湍流凝并”，其阻力大，“凝并”效率低；而在本发明的技术方案中，所采用的为荷电的正、负微粒在交流脉冲电场下的“电凝并”，其阻力小，“凝并”效率高；

2、本发明技术方案中，在正高压脉冲荷电区和负高压脉冲荷电区，采用正、负高压窄脉冲对空气中的粉尘颗粒进行“荷电”，属于“双极性”交流脉冲“荷电”，可在同一区域实现“异性荷电”，不但增加了微粒的荷电量，而且能够使携带异性电荷的小微粒凝并为大颗粒，一方面可以确保在荷电空间，放电进行周期内形成稳定的不变的电场，使空气分子获得足够、一致、稳定的电离能，快速稳定的电离，让细颗粒物高效迅速“荷电”；二可避免电源能量的浪费；三可确保高压运行安全，避免线电极对地电极产生火花放电的危险。

3、在凝并区，本技术方案采用的是“双极性”交流脉冲凝并，可在同一区域实现异性荷电，不但增加了微粒的荷电量，而且能够使携带异性电荷的小微粒凝并为大颗粒；而现有技术中有采用“单极性”直流脉冲凝并的，且此种单极性直流脉冲凝并对同一粒径的微粒“凝并”作用极小，其实质是只增加了微粒的荷电量，而不能使小微粒“凝聚”为大颗粒。

4、在凝并区内所采用的放电极形状及所加电压特性存在区别，现有技术中有采用单极性直流脉冲进行凝并的，但此种单极性直流脉冲的凝并对同一粒径的微粒凝并作用极小，其实质是只增加了微粒的荷电量，而未使小微粒凝聚为大颗粒；本技术方案采用的是螺纹形线电极，所施加的电压为交流高压电源或脉冲交流高压电源，在其各自的正、负作用周期内，其电压值保持不变，进而使空间电场不变，给已荷电的细颗粒物提供始终如一的电场动力，确保其获得足够的动量，利于使已荷电的小颗粒在这种交变电场力作用下相互碰撞、凝聚为大颗粒。

5、本技术方案所施加的脉冲电压波形为方波，不含有杂脉冲，有利于电场特性的稳定，利于细微粉尘的“荷电”与“凝并”。

6、现有技术中各种去除空气中细微颗粒的方法均是基于工业化大规模生产过程中所排放烟气的除尘和净化，为了取得较好的除尘效果，其装置需要的占用空间较大，未见有在在家居环境中或条件下，也能够采用静电除尘技术，对室内空间空气中的细颗粒物进行去除的报道。

此外，现有的工业用静电除尘器与本技术方案中适用于家居环境用空气净化除尘的方法之间，还有如下区别：

A、现有静电除尘器主要应用于工业生产过程中，因其要处理的烟尘量较大(100—1200g/m³)，故需要其结构体积也较大，以适应其对较大烟尘量的处理，否则易导致除尘效率不高；而家用空气净化除尘器面对的是所含烟尘量很小(PM2.5≤500μg/m³，PM10≤600μg/m³)的家居环境，故不需要很大体积，可以做到米级以下的设备外形尺寸。

B、现有工业生产用静电除尘器的工作电压大都在60—75kV乃至100kV以上，工作电流大都在450—800mA，如此高的工作电压、工作电流，无论从安全性还是节能性来讲，都不利于在家居环境中使用；而本发明技术方案中的除尘方法由于采用的是窄脉冲放电形式和较低的负直流高压(30KV以下)放电形式，且工作电流在10mA以下，适于在家居环境中使用。

C、由于工业生产用静电除尘器所处理的颗粒物复杂，且颗粒物粒径大小不一，大粒径的颗粒物会优先荷电，从而导致细微颗粒荷电不充分，这会对10μm以下，特别是2.5μm以下微粒的收集效率造成影响，甚至使其收集效率下降到80％以下；而本发明技术方案中的家用空气净化除尘方法所处理的颗粒物粒径绝大数在10μm以下，因此不易受其它较大粒径颗粒物的影响，可达到90％以上的收集效率。

D、本发明的技术方案由于采用窄脉冲放电形式及较低的负直流高压(30KV以下)放电形式(工作电流在10mA以下)，产生的臭氧较少；另外，在除尘装置的空气通道尾部设置有陶瓷电热管用于消除臭氧，故整个除尘装置所产生的臭氧浓度能够达到0.05ppm以下，远低于安全标准值(GBZ2.1—2007)；而工业电除尘器由于要保证除尘效率，无法降低工作电压，故会产生较大的臭氧浓度，使其远大于中华人民共和国国家职业卫生标准《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素第1部分：化学有害因素》(GBZ2.1—2007)中0.14ppm的安全标准值。

由于本发明将电晕放电、低温等离子体等多种除尘模式复合为一体，应用于室内(或车载)空气净化器，解决了现有空气净化器“风阻过大”和“二次污染”的问题，既满足了在家居空间尺寸范围内去除空气中细颗粒物颗粒的目的，还可对空气进行消毒，避免了紫外光辐射的泄漏伤害问题。

本发明可广泛用于室内(或车载)空气净化领域。

Claims (10)

1.一种在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，包括设置一空气通道，用于对被抽进通道中的待处理空气进行流动过程中的净化处理；所述的净化处理包括采用静电来捕集和去除空气中的颗粒物，其特征是所述的去除方法包括下列步骤：

1)在空气通道中，沿待处理空气的气体流动方向，依次设置正、负高压脉冲荷电区，交变电场下的静电凝并区，尘粒收集区，等离子体消毒区和负离子区；

2)在所述的正、负高压脉冲荷电区，设置第一至第三接地板电极，所述第一至第三接地板电极的纵向轴平行，位置并列，将所述的空气通道分为并行排列的正高压脉冲荷电区和负高压脉冲荷电区，在第一、第二接地板电极之间和第二、第三接地板电极之间，分别设置正、负线状电晕放电极；

对所述的正、负线状电晕放电极分别施加输出波形为窄方波的正、负高压窄脉冲电源；

所述正、负高压窄脉冲的电压值为3KV～50KV，所述窄脉冲的宽度为0.1ms～1ms；

3)在所述的交变电场下的静电凝并区，设置纵向轴平行，位置并列的第四、第五接地板电极，在所述的第四、第五接地板电极之间，设置第三线状电晕放电极；

对所述的第三线状电晕放电极施加交流高压电源或脉冲交流高压电源；

所述交流高压电源或脉冲交流高压电源的电压值为3KV～50KV，频率为1Hz～1MHz；

4)在所述的尘粒收集区，设置纵向轴平行，位置并列的第六、第七接地板电极，在所述的第六、第七接地板电极之间，设置第四线状电晕放电极；

对所述的第四线状电晕放电极施加负直流高压电源；

所述负直流高压电源的电压值为3000～－30KV，电流值为0.1～10mA；

5)在所述的等离子体消毒区，采用纵向轴平行，位置并列，两两成对的模式设置数组接地电极板组，在所述两个接地电极板的相对面上，覆盖设置有厚度小于5mm的绝缘板；所述绝缘板的表面粗糙度Ra＜10μm，其平面尺寸大于所述接地极板的平面尺寸；在每两个接地电极板之间，分别设置第五线状电晕放电极；

对所述的第五线状电晕放电极施加高压交流电源或脉冲交流电源；

其所述高压交流电源或脉冲交流电源的电压值为3KV～50KV，频率为50～ 500KHz，所述的高压交流或脉冲交流可在其放电空间产生10⁷/cm³以上的正负离子；

6)在所述的负离子区，设置一导电碳纤维网作为电极，所述的导电碳纤维网与所述待处理气体的流动方向相垂直设置，沿空气流动方向，在紧贴所述导电碳纤维网的后方，放置至少一组陶瓷电热管；

对所述的导电碳纤维网施加负直流次高压或负直流脉冲高压；

所述负直流次高压或负直流脉冲高压，其电压范围小于3000V，电流小于1mA；负离子产生量每秒大于10⁷；

所述陶瓷电热管的加热温度控制范围为60～300℃；

7)将待净化的空气通过引风装置吸入所述的空气通道，空气通道中的风速小于0.8m/s；

8)在所述的正、负高压脉冲荷电区，待净化的空气被分成两股，分别被引入并行排列的正、负相间的微粒荷电区，使两股空气中的微粒分别携带上正、负电荷，形成荷电微粒，其空间离子浓度大于10⁷/cm³；

9)当两股分别携带有正电荷、负电荷的荷电微粒进入到所述的交变电场下的静电凝并区时，两股空气被合并成一股，在交流高压或脉冲交流高压场的作用下，所述的正、负荷电微粒相互运动碰撞，凝聚为粒径为10μm～90μm的较大颗粒；此时，空气中粒径＜10μm的细微颗粒又会与上述已凝并的大颗粒继续凝并、增大，使得粒径＜10μm的细微粉尘更易于被补集或捕集；

10)当凝聚为粒径10μm—90μm的较大颗粒的微尘通过所述的尘粒收集区时，在负直流高压场的作用下，被收集到接地集尘板上，实现空气中微小颗粒的净化；

11)在所述的等离子体消毒区，该区所产生的高能粒子、活性粒子将灭杀细菌、病毒并分解有害气体，使待净化的空气得到消毒净化；

12)在所述的负离子区，产生对人体有益的负氧离子，又能控制臭氧、氮氧化合物产生量，使其远低于安全标准值；

13)通过上述步骤和方法，实现在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除，同时实现对空气的净化、消毒；

所述在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，将电晕放电、低温等离子体等多种除尘模式复合为一体，应用于室内或车载空气净化器，解决了现有家用空气净化器“风阻”过大和“二次污染”的问题，既可实现在家居空间尺寸范围内去除空气中PM2.5颗粒的目的，还可对空气进行消毒，避免了紫外光辐射的泄漏伤害问题。

2.按照权利要求1所述的在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，其特征是在所述的正高压脉冲荷电区和负高压脉冲荷电区，对所述的正、负线状电晕放电极分别施加输出波形为窄方波的正、负高压直流方波脉冲，以确保在荷电空间，放电进行周期内形成稳定的不变的电场，使空气分子获得足够、一致、稳定的电离能，快速稳定的电离，让细颗粒物高效、迅速荷电，避免电源能量的浪费，确保高压运行安全，同时避免线电极对地电极产生火花放电的危险。

3.按照权利要求1或2所述的在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，其特征是所述正、负高压直流方波脉冲的电压值为3KV～50KV，以适应不同的线电极—接地极板间距；所述正、负高压直流方波脉冲的脉冲电流为0.1～10mA，以适应于不同空间浓度的直径当量≤2.5μm的微细颗粒荷电。

4.按照权利要求1所述的在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，其特征是在所述的交变电场下的静电凝并区，所施加的交流高压电源或脉冲交流高压电源的电流为0.1～10mA。

5.按照权利要求1或4所述的在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，其特征是在所述的静电凝并区，优选施加脉冲交流电源，所述的脉冲交流电源将正、负直流高压交替的作用于所述的线状电晕放电极，所述的脉冲交流电源输出正、负交替的方波电压，在其各自的正、负作用周期内，所述脉冲交流电源的电压值保持不变，进而使空间电场不变，给已荷电的细颗粒物提供始终如一的电场动力，确保其获得足够的动量，利于使已荷电的细颗粒物小颗粒在这种交变电场力作用下相互碰撞凝聚为大颗粒。

6.按照权利要求1所述的在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，其特征是在所述的等离子体消毒区，在各个接地电极板的相对面上，覆盖表面光滑的绝缘板，以利于形成稳定的等离子体放电，同时光滑的绝缘表面有利于提高灭菌效果。

7.按照权利要求1所述的在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，其特征是在所述的等离子体消毒区，沿所述空气流动方向上，紧贴所述导电碳纤维网的后面，放置陶瓷电热管，用于促使导电碳纤维网电极所产生的臭氧自行分解，而不产生过量臭氧分子及氮氧化物。

8.按照权利要求1所述的在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，其特征是所述的正、负线状电晕放电极、第三至第五线状电晕放电极均为螺纹形线电极，以减小高压电晕对放电极中心的电晕电蚀，防止电晕线被高压电晕烧蚀断裂， 避免放电在线电极上的游移，增加放电的均匀性与稳定性。

9.按照权利要求1所述的在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，其特征是所述的去除方法对于待处理的空气，通过正/负高压脉冲荷电、交变电场下的静电凝并、负直流高压电场下的尘粒收集、低温等离子体气体消毒和增加负离子，实现在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除和对空气的净化、消毒，提高收尘效率，避免紫外光辐射伤害，降低空气净化装置的耗能。

10.按照权利要求1所述的在家居环境条件下对空气中细颗粒物的去除方法，其特征是所述的去除方法针对PM2.5≤500μg/m³，PM10≤600μg/m³的家居环境，采用窄脉冲放电形式和负直流高压放电形式，通过30KV以下的工作电压和10mA以下的工作电流，对于粒径在10μm以下的颗粒物，实现90％以上的收集效率；同时，设置陶瓷电热管用于消除臭氧，其所产生的臭氧浓度能够达到0.05ppm以下，远低于国家安全标准值。