CN106731545A - 一种基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置及系统，包括依次连接的油烟前处理模块、低温等离子体催化模块和喷洗模块，油烟前处理模块包括倾斜安装在反应器前侧的金属网和连接在金属网下端的油槽，低温等离子体催化模块包括多根并联的放电管，放电管的两端通过多孔板固定在反应器的壳体上，轴心处安装有高压电极，高压电极的两端与高压电极板连接，放电管的外部裹有接地电极，内部中间位置设有催化剂且在尾部设有活性炭，喷洗模块利用低温等离子体反应过程中释放的热量来加热冷却介质，进而利用已达到设定温度要求的冷却介质吹扫金属网。本发明实现了等离子体与催化剂的协同作用和余热再利用，能达到较好的处理效果及确保经济运行。

Description

一种基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置及系统
技术领域
本发明涉及生活用具技术领域，具体涉及一种基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置及系统。
背景技术
十三五期间，面对日益严峻的大气污染形势，国家积极出台相关政策加大对大气污染物的管控和治理力度。餐饮业厨房油烟已然成为不可忽视的大气污染物之一，厨房油烟中主要包含固体小颗粒、小液滴以及挥发性有机化合物气体(VOCs)，该VOCs不仅会使油烟产生异味，而且会诱发很多疾病。目前市场上，各类油烟净化设备种类繁多，按照其工作原理大致可分为过滤型、静电沉积型和喷淋吸收型三类。但是，本发明的发明人经过研究发现，过滤型和静电沉积型设备存在着难以对油烟污染物进行降解处理的问题，而喷淋吸收型设备存在着体积庞大，处理工艺复杂的问题。
发明内容
针对现有技术存在的油烟净化设备难以对油烟污染物进行降解处理，且设备存在着体积庞大，处理工艺复杂的技术问题，本发明提供一种基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置，包括依次连接的油烟前处理模块、低温等离子体催化模块和喷洗模块；其中，所述油烟前处理模块包括金属网和油槽，所述金属网倾斜安装在具有低温等离子体催化模块的反应器前侧的壳体上，所述油槽连接在金属网的下端，所述低温等离子体催化模块包括多根并联的放电管，所述放电管的两端通过多孔板水平固定在反应器的壳体上，所述放电管的轴心处安装有高压电极，所述高压电极的两端与高压电极板连接，所述放电管的外部裹有接地电极，所述放电管的内部中间位置设有催化剂且在尾部设有活性炭，所述喷洗模块包括冷却介质进口、冷却介质出口、外置加热器、保温管路、加热介质进口和喷淋管路，所述冷却介质进口开设于反应器壳体的下侧，所述冷却介质出口开设于反应器壳体的上侧，且所述冷却介质进口和冷却介质出口错开布置，所述外置加热器通过管路与冷却介质出口连接，所述保温管路的两端分别与外置加热器和加热介质进口连接，所述加热介质进口设于反应器前侧的壳体上，所述喷淋管路与加热介质进口连接，所述喷淋管路上设有用于对金属网进行喷扫的喷嘴。
进一步，所述金属网和油槽为一体式结构。
进一步，所述放电管的材质为刚玉、陶瓷或石英玻璃。
进一步，所述多孔板的两端通过法兰安装在反应器壳体的上下侧。
进一步，所述高压电极为具有反腐性能的不锈钢棒，所述接地电极为不锈钢金属网。
进一步，所述催化剂以颗粒形式堆积在放电管内，或涂覆在放电管的内壁，或以蜂窝状填充在放电管内。
进一步，所述活性炭采用颗粒活性炭、粉末活性炭或活性炭纤维。
进一步，所述外置加热器中还设有温度传感器。
进一步，在相同放电电压下，作用到所述反应器中高压电极上的放电频率为8.6～8.8kHz。
本发明还提供一种基于低温等离子体技术的厨房油烟净化系统，包括多个串联连接的前述的基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置。
与现有技术相比，本发明提供的基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置及系统，包括依次连接的油烟前处理模块、低温等离子体催化模块和喷洗模块，当厨房油烟进入本装置后，首先通过前端的金属网使大颗粒的固体和油滴在金属网上沉积，然后剩下油烟中的小粒径颗粒物以及VOCs经过低温等离子体反应器，在管内低温等离子体与催化剂的协同作用下，VOCs被迅速降解为无毒的水、二氧化碳以及少量二次污染物，而二次污染物在经过放电管尾部时被活性炭吸附，通过电源转换器将市电进行变压和调频后供给反应器使用，以达到反应器中最高的降解效率，喷洗模块用冷却介质如空气吸收反应器中放电管释放的热能，空气温度升高后通过喷淋管路上设置的喷嘴喷洒清洗过滤网，达到排渣的目的，从而实现了余热再利用，可以达到较好的处理效果，极大地提高了装置运行的安全性与经济性。本发明装置体积较小，处理工艺简单，其特点是将低温等离子引入到厨房油烟的净化中，采用低温等离子协同催化的方式高效降解油烟中的VOCs，这样不仅能去除厨房油烟中有毒有异味的物质，还具有高效环保、使用方便等特点；同时其单元式的串联结构设计，还能够较好的适应于大排量高浓度的使用环境。
附图说明
图1是本发明提供的基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置的结构示意图。
图2是本发明提供的低温等离子体反应器的放电电压对甲苯降解效率的影响示意图。
图3是本发明提供的低温等离子体反应器的放电频率对甲苯降解效率的影响示意图。
图中，1、金属网；2、油槽；3、放电管；4、多孔板；5、壳体；6、高压电极；7、高压电极板；8、接地电极；9、冷却介质进口；10、冷却介质出口；11、外置加热器；12、保温管路；13、加热介质进口；14、喷淋管路；15、喷嘴；16、法兰。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参考图1所示，本发明提供一种基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置，该装置安装在厨房抽油烟机的排风管道上，所述装置包括依次连接的油烟前处理模块、低温等离子体催化模块和喷洗模块；其中，所述油烟前处理模块包括金属网1和油槽2，所述金属网1倾斜安装在具有低温等离子体催化模块的反应器前侧的壳体上，所述油槽2连接在金属网1的下端，用于收集金属网1上掉落的油滴和固体颗粒，所述金属网1倾斜安装在反应器之前，用于过滤油烟中的固体颗粒物和油滴，且所述金属网1倾斜安装的目的在于：一方面固体颗粒物与油滴可以凭借自身的重力从金属网1上脱落，另一方面有利于喷嘴15对其进行喷扫，同时金属网的尺寸设计要适应厨房油烟中固体颗粒物与油滴的大小；所述低温等离子体催化模块包括多根并联的放电管3，所述放电管3的两端通过多孔板4水平固定在反应器的壳体5上，所述放电管3的轴心处安装有高压电极6，所述高压电极6的两端与高压电极板7连接，所述放电管3的外部裹有接地电极8，所述高压电极6和接地电极8分别连接到反应器中电源的正负极上，所述放电管3的内部中间位置设有催化剂且在尾部设有活性炭，根据油烟流量可以调节放电管3的开启数量，从而实现流量匹配与经济有效运行；所述喷洗模块包括冷却介质进口9、冷却介质出口10、外置加热器11、保温管路12、加热介质进口13和喷淋管路14，所述冷却介质进口9开设于反应器壳体的下侧，所述冷却介质出口10开设于反应器壳体的上侧，且所述冷却介质进口9和冷却介质出口10错开布置，所述外置加热器11通过管路与冷却介质出口10连接并用于加热冷却介质，使冷却介质达到预设温度，所述保温管路12的两端分别与外置加热器11和加热介质进口13连接，所述加热介质进口13设于反应器前侧的壳体上，所述喷淋管路14与加热介质进口13连接，所述喷淋管路14上设有用于对金属网1进行喷扫的喷嘴15，即所述喷洗模块利用低温等离子体反应过程中释放的热量加热冷却介质如空气，进而利用冷却介质对金属网进行定期吹扫，从而极大地提高了运行的经济性与安全性。
作为具体实施例，所述金属网1和油槽2为一体式结构，由此所述金属网1和油槽2可以整体从壳体上进行拆卸，方便清洗。
作为具体实施例，所述放电管3的材质为刚玉、陶瓷或石英玻璃，即所述放电管3的材质可以选用刚玉、陶瓷和石英玻璃中的任意一种。
作为具体实施例，所述多孔板4的两端通过法兰16安装在反应器壳体的上下侧，由此可将所述多孔板4稳固地安装在反应器的壳体5上。
作为具体实施例，所述高压电极6为具有反腐性能的不锈钢棒，所述接地电极8为不锈钢金属网，由此保证当外加电压达到低温等离子体放电电压时，气体分子能够被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。
作为具体实施例，所述催化剂以颗粒形式堆积在放电管3内，或涂覆在放电管3的内壁，或以蜂窝状填充在放电管3内，但不管催化剂以何种方式放置，只要能够实现等离子体与催化剂协同作用即可。作为一种具体实施方式，所述催化剂采用钙钛矿催化剂或分子筛催化剂。
作为具体实施例，所述活性炭采用颗粒活性炭、粉末活性炭或活性炭纤维，即所述活性炭可以选用颗粒活性炭、粉末活性炭和活性炭纤维中的任意一种，同时活性炭放置于放电管3的尾部，不仅可以有效吸收由于等离子体作用产生的臭氧，而且可以通过等离子体作用实现活性炭再生。
作为具体实施例，所述外置加热器11中还设有温度传感器，该温度传感器用于监测冷却介质是否达到吹扫金属网的预设温度，而预设温度的设置要考虑油滴黏性的因素，以确保预设温度下使油滴黏性较小。
作为具体实施例，本发明实验选择甲苯作为厨房油烟的代表污染物，测试了单根放电管作用下甲苯的降解效率。其中，所述放电管3的材质采用刚玉，内径为20mm，壁厚为2.5mm，并将长100mm的不锈钢金属网缠绕在刚玉管外部，构成反应器的接地电极8，同时将外径为14mm的不锈钢棒置于刚玉管的轴线位置作为反应器的高压电极6。在实验过程中，利用重庆川仪分析仪器有限公司生产的SC-8000型气相色谱仪对装置净化后的尾气进行检测。而所述甲苯降解效率的计算式如下：
其中，C1为反应前甲苯浓度(ppm)，C2为反应后甲苯浓度(ppm)。
请参考图2所示，在研究放电电压对甲苯降解效率的影响的实验中，将恒温水浴箱温度设为0℃，电源频率固定为8.9kHz，电压依次从18kV增加到30kV，每次增加2kV。结果显示，在厨房油烟总气体流量为500mL/min，甲苯初始浓度为650.1923ppm的条件下，当放电电压为18kV时，甲苯降解效率为31.19％；电压为24kV时，甲苯降解效率为66.01％；电压为30kV时，甲苯降解效率达到84.80％。由此可见，甲苯降解效率随电源电压升高而升高，据此可确定反应器的最佳工作电压。
请参考图3所示，在研究放电频率对甲苯降解效率的影响的实验中，在其他条件保证不变的情况下，设定电源转换器使放电电压为22kV，分别调节电源输出频率为8.5kHz、8.6kHz、8.8kHz、9.0kHz、9.1kHz；同时为了相互对照，又分别测了在放电电压为25kV、30kV条件下，放电频率对甲苯降解效率的影响。结果显示，在相同放电电压下，甲苯的降解效率随着作用到所述反应器中高压电极6上的放电频率的增加先升高后降低，其最佳放电频率在8.6～8.8kHz，此时甲苯降解效率最高；并且当放电电压为30kV，输出频率为8.6kHz时，甲苯的降解效率约为93.60％。
本发明还提供一种基于低温等离子体技术的厨房油烟净化系统，包括多个串联连接的前述的基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置，即将多个所述基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置串联使用，让油烟先经过1级过滤网、1级反应器，后经过2级过滤网、2级反应器，……，再经过N级过滤网、N级反应器，使油烟经过多次净化，保证净化效率，以满足实际应用中的各种工况。
与现有技术相比，本发明提供的基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置及系统，包括依次连接的油烟前处理模块、低温等离子体催化模块和喷洗模块，当厨房油烟进入本装置后，首先通过前端的金属网使大颗粒的固体和油滴在金属网上沉积，然后剩下油烟中的小粒径颗粒物以及VOCs经过低温等离子体反应器，在管内低温等离子体与催化剂的协同作用下，VOCs被迅速降解为无毒的水、二氧化碳以及少量二次污染物，而二次污染物在经过放电管尾部时被活性炭吸附，通过电源转换器将市电进行变压和调频后供给反应器使用，以达到反应器中最高的降解效率，喷洗模块用冷却介质如空气吸收反应器中放电管释放的热能，空气温度升高后通过喷淋管路上设置的喷嘴喷洒清洗过滤网，达到排渣的目的，从而实现了余热再利用，可以达到较好的处理效果，极大地提高了装置运行的安全性与经济性。本发明装置体积较小，处理工艺简单，其特点是将低温等离子引入到厨房油烟的净化中，采用低温等离子协同催化的方式高效降解油烟中的VOCs，这样不仅能去除厨房油烟中有毒有异味的物质，还具有高效环保、使用方便等特点；同时其单元式的串联结构设计，还能够较好的适应于大排量高浓度的使用环境。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置，其特征在于，包括依次连接的油烟前处理模块、低温等离子体催化模块和喷洗模块；其中，所述油烟前处理模块包括金属网(1)和油槽(2)，所述金属网(1)倾斜安装在具有低温等离子体催化模块的反应器前侧的壳体上，所述油槽(2)连接在金属网(1)的下端，所述低温等离子体催化模块包括多根并联的放电管(3)，所述放电管(3)的两端通过多孔板(4)水平固定在反应器的壳体(5)上，所述放电管(3)的轴心处安装有高压电极(6)，所述高压电极(6)的两端与高压电极板(7)连接，所述放电管(3)的外部裹有接地电极(8)，所述放电管(3)的内部中间位置设有催化剂且在尾部设有活性炭，所述喷洗模块包括冷却介质进口(9)、冷却介质出口(10)、外置加热器(11)、保温管路(12)、加热介质进口(13)和喷淋管路(14)，所述冷却介质进口(9)开设于反应器壳体的下侧，所述冷却介质出口(10)开设于反应器壳体的上侧，且所述冷却介质进口(9)和冷却介质出口(10)错开布置，所述外置加热器(11)通过管路与冷却介质出口(10)连接，所述保温管路(12)的两端分别与外置加热器(11)和加热介质进口(13)连接，所述加热介质进口(13)设于反应器前侧的壳体上，所述喷淋管路(14)与加热介质进口(13)连接，所述喷淋管路(14)上设有用于对金属网(1)进行喷扫的喷嘴(15)。
2.根据权利要求1所述的基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置，其特征在于，所述金属网(1)和油槽(2)为一体式结构。
3.根据权利要求1所述的基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置，其特征在于，所述放电管(3)的材质为刚玉、陶瓷或石英玻璃。
4.根据权利要求1所述的基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置，其特征在于，所述多孔板(4)的两端通过法兰(16)安装在反应器壳体的上下侧。
5.根据权利要求1所述的基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置，其特征在于，所述高压电极(6)为具有反腐性能的不锈钢棒，所述接地电极(8)为不锈钢金属网。
6.根据权利要求1所述的基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置，其特征在于，所述催化剂以颗粒形式堆积在放电管(3)内，或涂覆在放电管(3)的内壁，或以蜂窝状填充在放电管(3)内。
7.根据权利要求1所述的基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置，其特征在于，所述活性炭采用颗粒活性炭、粉末活性炭或活性炭纤维。
8.根据权利要求1所述的基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置，其特征在于，所述外置加热器(11)中还设有温度传感器。
9.根据权利要求1所述的基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置，其特征在于，在相同放电电压下，作用到所述反应器中高压电极(6)上的放电频率为8.6～8.8kHz。
10.一种基于低温等离子体技术的厨房油烟净化系统，其特征在于，包括多个串联连接的如权利要求1-9中任一项所述的基于低温等离子体技术的厨房油烟净化装置。
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