CN106765566B - 一种离子风驱动的可同步处理多种污染物的空气净化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子风驱动的可同步处理多种污染物的空气净化器，包括物理过滤装置、低温等离子体产生装置和离子风动力装置，低温等离子体产生装置分为离子泵荷电加速区、电凝并区、电除尘氧化区和反电晕催化区；物理过滤装置采用导体网、粗效过滤网、高效过滤网和活性炭过滤网物理过滤，本发明采用离子泵荷电加速区、电凝并装置、电除尘氧化装置和反电晕催化区四处进行低温等离子体放电同时针对细颗粒物PM_2.5、微生物气溶胶及VOCs、CO、NH₃等毒害气态污染物进行一体化净化，能够高效捕集细颗粒物PM_2.5，灭活微生物气溶胶，同时深度氧化处理VOCs、CO、NH₃等毒害气态污染物，是一种集铺集氧化于一体的多污染物复合净化技术，提高室内空气净化效果。

Description

一种离子风驱动的可同步处理多种污染物的空气净化器

技术领域

本发明涉及室内空气净化设备技术领域，特别涉及一种离子风驱动的可同步处理多种污染物的空气净化器。

背景技术

近年来，雾霾问题成为社会各界普遍关注的问题，在我国大部分地区，特别是工业发达城市，雾霾已然直接威胁到市民的身体健康。随着社会的发展和进步，现代人需要长时间地待在室内进行工作学习和开展各项活动，在现代的很多民用和商用建筑物中，室内空气污染指数远远不小于室外，由此人们也越来越关注和重视室内空气的污染问题。

室内空气净化产品渐渐作为生活必需品进入中国家庭，但是目前市场上的空气净化器产品主要是靠静电集尘吸附，还有部分是采用高效颗粒物过滤器，更多是加湿、除湿等空气调节功能。对VOCs等气态污染物，部分产品采用活性炭吸附处理，在吸附饱和后只能更换。对于CO、NH₃、O₃等气态污染物，则基本没有去除效果。

空调等供暖制冷设备的过滤装置虽能有效滤过室外的花粉和微生物等，但是微生物仅被铺集到滤料上却并未被有效杀灭，当温度和湿度适宜时，微生物便会在过滤网上生长繁衍，成为新的污染源，而后随暖气或冷风吹出，影响人体健康，办公室工作人群病态建筑物综合征(空调病)即是由军团菌气溶胶通过空调冷风吹出造成人体感染。由于目前国家还没有出台完善的空气净化器产品标准，没有对空气净化器产品进行强制性认证(不需要进行净化功能认证)，导致市场鱼龙混杂，损害了消费者的利益。国家标准日趋完善，当前的空气净化设备亟待更新换代。

有采用等离子体结合物理吸附方法的室内空气净化技术，如公告号为CN1931377A的中国专利文献公开了一种吸附法与低温等离子体相结合的室内空气净化方法，该方法先通过一段时间的粗过滤，过滤掉大悬浮物，再通过吸附剂床层和等离子体区域，运用等离子体技术发放进行净化和吸附剂再生。该方法可以使吸附剂床层再生等优点，但是，吸附剂床层与低温等离子体区域后无活性炭吸附过滤网和高效过滤网，等离子体放电处理吸附剂床层后的多余的臭氧和吸附剂床层上富集的污染气体和悬浮颗粒被等离子体分解后的气溶胶会再次进入空气引起二次污染，而且风扇装置安装在空气净化通道最前端，长时间的运行后风扇上容易积累微生物和颗粒物层。

当前，室内空气污染可谓“内”忧“外”患，室内源污染物复杂多样化，室外空气污染物则通过各种途径侵入室内，给人们的健康带来危害。研究开发基于低温等离子体室内空气复合污染物同步净化技术，对推动空气净化设备的更新换代，为居民营造健康舒适的居住环境和为公众提供安全有保障的工作娱乐场所，都具有重要意义。

发明内容

针对现有技术所存在的缺陷，本发明提供了一种离子风驱动的可同步处理多种污染物的空气净化器，采用物理过滤法、离子风荷电、高电压电凝并、低温等离子体除尘氧化和反电晕催化四处低温等离子体一体化技术同时针对细颗粒物PM2.5、微生物气溶胶及VOCs等室内空气污染物，能够高效捕集细颗粒物PM2.5，灭活微生物气溶胶，同时深度氧化处理VOCs、CO、NH₃等毒害性气体污染物，大大提高了室内空气净化能力。

本发明的技术方案如下：

一种离子风驱动的可同步处理多种污染物的空气净化器，包括净化器外壳和净化通道；净化通道内设有物理过滤装置、低温等离子体产生装置和离子风动力装置；所述的物理过滤装置包括导体网、粗效过滤网、高效过滤网和活性炭过滤网；所述的低温等离子体产生装置分为离子泵荷电加速区、电凝并区、电除尘氧化区和反电晕催化区；所述的离子泵荷电加速区由a个通道组成，每个通道均由导体针、绝缘圆管和导体圆环组成，导体圆环镶嵌在绝缘圆管一端，绝缘圆管另一端固定导体针，其中a为不小于1的自然数；所述的电凝并区由b根导体丝交错排列组成，其中b为不小于3的自然数；所述的电除尘氧化区由m个通道组成，所述的通道每一个都是由n根导体丝和两块导体板组成，其中m和n均为不小于1的自然数；所述的反电晕催化区由s根导体针、表面负载催化剂的多孔道高比电阻材料和两片导体网组成，其中一片导体网悬浮于导体针与表面负载催化剂的多孔道高比电阻材料之间，另一片导体网与表面负载催化剂的多孔道高比电阻材料直接接触，其中s为不小于1的自然数；所述的导体网、粗效过滤网、离子泵荷电加速区、电凝并区、电除尘氧化区、反电晕催化区、高效过滤网、活性炭过滤网和风机在净化通道内依次设置。

在上述方案中，所述的离子风动力装置由离子泵荷电加速区和反电晕催化区处的低温等离子体产生的高速离子流引起的二次流即离子风作为驱动动力，风机作为辅助动力；在离子泵荷电加速区、反电晕催化区产生的离子风和风机的共同驱动下，空气进入净化通道内，首先通过导体网，在导体网的阻挡下，毛发、皮屑和碎纸碎布等较大物体被阻隔在外，避免其进入净化器造成机器故障。然后空气通过粗效过滤网，花粉、灰尘等较大颗粒物被过滤掉，对后端过滤净化系统起到了高效保护的作用，极大提升了后端过滤系统的使用寿命。

接着空气经过离子流荷电加速区，在离子流荷电加速区，直流高压电源提供高压给导体针，导体圆环接地，绝缘圆管形成圆柱形通道，当空气经过时，由于导体针上的高压作用，针尖处产生强电场，针尖附近处的离子高速向接地导体圆环运动，带动空气流动，从而起到了驱动空气流动的效果，同时由于空气经过通道内高密度的离子流，颗粒物容易带上正负电荷形成具有一定带电量的颗粒物。

在电凝并区，由于导体丝交错排列且相邻两排分别接在波形正负交错的交流高压电源的高压极上和接地极上，从而产生规律交替的电场变化，当带电颗粒物经过时，在变化电场的交替作用下，正负带电颗粒会进行运动，同时进行碰撞和凝并，小颗粒物会凝并成大颗粒物。

当颗粒物随空气经过电除尘氧化区时，导体丝光滑线段处产生电晕放电，能够对颗粒物进行再次荷电，由于导体丝接高压，导体板接地，在导体丝和导体板之间产生强电场，带电颗粒物在电场力的作用下从气体中分离出来并铺集在导体板上。导体丝非光滑线段处产生流光放电，对微生物气溶胶和VOCs、CO、NH₃等毒害气态污染物具有较强的氧化灭活和分解作用。

然后，未被铺集的颗粒物随着气流进入反电晕催化区，该区的导体针接直流高压，与高比电阻材料直接接触的导体网接地，由于当中与高比电阻材料相隔一定间隙的导体网(悬浮电极)的作用，接地高比电阻的高比电阻材料产生反电晕现象，其孔道内形成均匀的微放电等离子体，等离子体结合表面的催化剂能够对空气中剩下的气溶胶和臭氧进行进一步降解。同时也对粘附于催化剂表面的气溶胶进行降解作用，使得部分失活的催化剂得以再生。同时微放电等离子体的产生，可引起气体流场的变化，利用放电产生的二次流即离子风，可实现对气流的驱动。

离子流荷电离子泵荷电加速区、电凝并区、电除尘氧化区和反电晕催化区都是高压放电区域，当空气经过四个低温等离子体区域时，低温等离子体中的活性基团具有氧化反应作用、高速粒子具有击穿蚀刻作用、强光可以使蛋白质变性。低温等离子体能够产生活性成分，引起常规化学反应中难以实现的物理变化和化学反应，采用等离子体处理VOCs、CO、NH₃等毒害气态污染物时，可利用活性物质分解VOCs、CO、NH₃等毒害气态污染物。

其中，高能电子可直接使有机物的分子键断裂。经过离子泵荷电加速区和电凝并区的等离子体预处理的空气，细颗粒物进一步凝并成易被铺集的大颗粒物，微生物气溶胶被灭活，VOCs、CO、NH₃等气态污染物被分解，经过电除尘氧化区时，空气中未被灭活的微生物气溶胶和未被分解的VOCs、CO、NH₃等气态污染物可被进一步地氧化灭活和分解，最终颗粒物和气溶胶被收尘板铺集，未被铺集的气溶胶和臭氧最终被反电晕催化区进一步催化降解。因此，高压放电区域具有显著的灭菌作用，同时也对VOCs、VOCs、CO、NH₃等毒害气态污染物具有分解破坏作用。

在净化器的后续净化通道，高效过滤网能够对小部分未被捕集的亚微米颗粒物和被等离子体降解的未被电除尘区域铺集的微生物气溶胶进行进一步的过滤，活性炭过滤网进一步分解去除空气中的甲醛、氨、等离子体降解空气复合污染物后多余的臭氧等各种有害气体和异味。在整个净化过程中风机提供辅助动力。风机安装在净化通道的最后，可以有效防止风机被颗粒物和微生物富集污染。最后，洁净空气通过出口释放到室内。

作为优选，所述的电除尘氧化区可采用直流高压电源或者脉冲高压电源或者直流高压电源叠加脉冲高压电源，增大了净化器的适用性。

作为优选，所述的电凝并区中，任何一根导体丝与相邻的导体丝距离相等，这样附加交流高压的时候，两两之间才能产生规律变化的交变电场。

作为优选，所述电除尘氧化区的导体丝可采用万向拉花线、芒刺线或锯齿线，高压端处的导体丝上的光滑线段处能够形成电晕放电，非光滑线段处能够产生流光放电，流光放电能产生更强的电场和更多的氧化基团，不仅起到了荷电收尘效果，同时也大大提高了对微生物和有机污染物等的氧化能力。

作为优选，所述的物理过滤装置、所述的离子泵荷电加速区、所述的电凝并区、所述的电除尘氧化区、所述的反电晕催化区和所述的离子风动力装置均采用插槽抽屉式安装，方便更换滤网和清洗。

作为优选，所述的空气净化装置为立式结构，空气从底部进入净化通道，并在人体呼吸带高度处释放洁净空气，有利于人体呼吸新空气。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明创新性地利用离子泵荷电加速区和反电晕催化区处的低温等离子体产生的高速离子流引起的二次流即离子风作为主要动力进行驱动，风机作为辅助动力；

(2)本发明的离子泵荷电加速区不仅起到了加快空气流动的驱动作用，而且在推动气流的同时对气体中的颗粒物补充充分的荷电，而带电的颗粒物在运动时更容易相处碰撞凝并，小颗粒变成大颗粒物，从而有利于在后续的交变电场装置内进行电凝并进而提高电除尘区的除尘效果。

(3)本发明在电凝并区域采用线线交错结构，在交流高压的作用下，该区域会产生交变电场，当带电颗粒物通过此区域时会发生正负不同的荷电效果，带电颗粒物在电场力的作用下会发生碰撞，正负颗粒物由于极性相反，产生相吸效果，从而发生电凝并，大大提高小颗粒物的收尘效果。

(4)本发明在反电晕催化区利用高比电阻材料反电晕产生微放电等离子体，同时结合高比电阻材料表面的催化剂，可有效降解气溶胶和臭氧。同时微放电等离子体的产生，可引起气体流场的变化，利用放电产生的二次流即离子风，可实现对气流的驱动。

(5)本发明采用离子泵荷电加速区、电凝并装置、电除尘氧化装置和反电晕催化四处进行低温等离子体放电对微生物进行灭活，对VOCs、CO、NH₃等毒害气态污染物进行充分的氧化分解，对颗粒物进行捕集，提高空气净化效果。

(6)本发明采用物理方法耦合低温等离子体方法的室内空气复合污染物同步净化技术，同时针对细颗粒物PM_2.5、微生物气溶胶及VOCs、CO、NH3等毒害气态污染物，能够高效捕集细颗粒物PM_2.5，灭活微生物气溶胶，同时深度氧化处理VOCs、CO、NH₃等毒害气态污染物。

附图说明

图1为本发明离子风驱动的可同步处理多种污染物的空气净化器的结构示意图；

图2为图1中A处局部放大示意图；

图3为图1中B处局部放大示意图；

图4为图1中C处局部放大示意图；

图5为图1中D处局部放大示意图。

其中，1、导体网；2、粗效过滤网；3、离子泵荷电加速区；4、电凝并区；5、电除尘氧化区；6、反电晕催化区；7、高效过滤网；8、活性炭过滤网；9、风机；10、出口百叶板；11、空气进入净化器的方向；12、洁净空气排出方向；13、净化通道；14、净化器外壳；15、离子泵荷电加速区导体针；16、绝缘圆管；17、导体圆环；18、导体丝；19、万向拉花导体丝；20、导体板；21、反电晕催化区导体针；22、第一导体网；23、表面负载催化剂的多孔道高比电阻材料；24、第二导体网。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其相关原理进行详细说明。

如图1所示，一种离子风驱动的可同步处理多种污染物的空气净化器，由净化器外壳14和净化通道13组成，主要通过低温等离子体放电方法协同物理过滤方式达到净化空气的效果。净化通道包括导体网1、粗效过滤网2、离子泵荷电加速区3、电凝并区4、电除尘氧化区5、反电晕催化区6、高效过滤网7、活性炭过滤网8、风机9和出口百叶板10。其中，导体网1、粗效过滤网2、离子泵荷电加速装置3、电凝并装置4、电除尘氧化装置5、反电晕催化区6、高效过滤网7、活性炭过滤网8和风机9均采用插槽方式安置，方便更换滤网和清洗。

室内空气在离子泵荷电加速区3、反电晕催化区6和风机9的动力驱动下，首先从底部按空气进入净化器的方向11所示进入空气净化器，由于导体网1的阻挡作用，毛发、皮屑、碎纸碎布等较大物体被阻隔在外。然后空气通过粗效过滤网2，在粗效过滤网2的作用下，花粉、灰尘等较大颗粒物被过滤掉。

如图2所示，离子泵荷电加速区3由多个交错排列的通道组成，每个通道由离子泵荷电加速区导体针15、绝缘圆管16和导体圆环17构成。离子泵荷电加速区导体针15由直流高压电源提供高压，导体圆环17接地，绝缘圆管16形成圆柱形通道。由于离子泵荷电加速区导体针15上的高压作用，针尖处产生强电场，针尖附近出的离子高速向接地导体圆环17运动，带动空气流动，从而起到了驱动空气流动的效果，同时由于空气经过通道内高密度的离子流，颗粒物容易带上正负电荷形成具有一定带电量的颗粒物。

如图3所示，电凝并区4是由多根导体丝18交错排列组成，相邻两排导体丝18分别接在交流高压电源高压极和接地极上。由于交流高压电源波形是正负交错的，因此电凝并装置4会产生规律交替的电场变化。当带电颗粒物经过时，由于变化电场的交替作用，正负带电颗粒会进行运动，从而进行碰撞和凝并，小颗粒物会凝并成大颗粒物。

如图4所示，电除尘氧化区5由多个通道组成，每个通道都是由多个导体丝和两块导体板组成。当颗粒物经过电除尘氧化区5时，万向拉花导体丝19上光滑线段处产生电晕放电，能够对颗粒物进行再次荷电，由于万向拉花导体丝19上接高压，导体板20上接地，在万向拉花导体丝19和导体板20上产生强电场，带电颗粒物在电场力的作用下，颗粒物从气体中分离出来并铺集在导体板20上。图1中电除尘氧化装置5采用的是高压电源。万向拉花导体丝19上非光滑线段处产生流光放电，对微生物气溶胶和VOCs、CO、NH₃等毒害气态污染物具有较强的氧化灭活和分解作用。

如图5所示，反电晕催化区6由多根反电晕催化区导体针21、第一导体网22、表面负载催化剂的多孔道高比电阻材料23和第二导体网24组成。多根反电晕催化区导体针21接直流高压，第二导体网24接地。由于表面负载催化剂的多孔道高比电阻材料23的比电阻较大，多根反电晕催化区导体针21电晕放电产生的电荷，到达颗粒层后附着在表面负载催化剂的多孔道高比电阻材料23上，且不容易通过表面负载催化剂的多孔道高比电阻材料23释放到接地第二导体网24上。随着放电的进行，电荷持续累积，从而在表面负载催化剂的多孔道高比电阻材料23上产生一个叠加的电场，当表面负载催化剂的多孔道高比电阻材料23的场强超过颗粒层气体的击穿场强时，表面负载催化剂的多孔道高比电阻材料23孔道内和表面附近的气体放电发生反电晕。同时结合高比电阻材料表面覆盖的催化剂，能够对气溶胶和臭氧进行进一步的降解。由于第一导体网22的作用，孔道内能够产生均匀的微放电等离子体，微放电等离子体可引起气体流场的变化，利用放电产生的二次流即离子风，实现对气流的驱动。

离子泵荷电加速区3、电凝并区4、电除尘氧化区5和反电晕催化区6都是高压放电区域，当空气经过四个低温等离子体区域时，低温等离子体中的活性基团具有氧化反应作用、高速粒子具有击穿蚀刻作用、强光可以使蛋白质变性。低温等离子体能够产生活性成分，引起常规化学反应中难于实现的物理变化和化学反应，采用等离子体处理VOCs、CO、NH₃等毒害气态污染物，可利用活性物质分解VOCs、CO、NH3等毒害气态污染物，其中，高能电子可直接使有机物的分子键断裂。经过等离子体预处理的颗粒物和微生物气溶胶，可被电除尘器铺集，因此，高压放电区域具有显著的灭菌作用，同时也对VOCs、CO、NH₃等毒害气态污染物具有分解破坏作用。

高效过滤网7能够对小部分未被捕集的亚微米颗粒物和被等离子体降解的未被电除尘区域铺集的微生物气溶胶进行进一步的过滤，活性炭过滤网8进一步分解去除空气中的甲醛、氨和等离子体降解空气复合污染物后多余的臭氧等各种有害气体和异味。风机9提供了净化过程的辅助动力。风机9安装在净化通道的最后，可以有效防止风机被颗粒物和微生物富集污染。最后，洁净空气通过出口百叶板10通过洁净空气排出方向12释放到室内，释放高度为人体的正常呼吸带高度，有利于人体呼吸新空气。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种离子风驱动的可同步处理多种污染物的空气净化器，包括净化器外壳和净化通道；净化通道内设有物理过滤装置、低温等离子体产生装置和离子风动力装置，其特征在于：

所述的物理过滤装置包括导体网、粗效过滤网、高效过滤网和活性炭过滤网；

所述的低温等离子体产生装置分为离子泵荷电加速区、电凝并区、电除尘氧化区和反电晕催化区；

所述的离子泵荷电加速区由a个通道组成，每个通道包括外接直流高压电源的导体针，输入端与所述导体针固定连接的绝缘圆管以及镶嵌在所述绝缘圆管输出端的导体圆环，所述绝缘圆管为圆柱形通道，所述导体圆环外接地，其中a为不小于1的自然数；

所述的电凝并区由b根导体丝等间距交错排列组成，相邻两排导体丝分别接在波形为正负交错的交流高压电源高压极上和接地极上，其中b为不小于3的自然数；

所述的电除尘氧化区由m个通道组成，所述的通道每一个都是由n根导体丝和两块导体板组成，其中m和n均为不小于1的自然数；

所述的反电晕催化区由s根导体针、表面负载催化剂的多孔道高比电阻材料和两片导体网组成，其中一片导体网悬浮于导体针与表面负载催化剂的多孔道高比电阻材料之间，另一片导体网与表面负载催化剂的多孔道高比电阻材料直接接触，其中s为不小于1的自然数；

所述的离子风动力装置由离子泵荷电加速区和反电晕催化区处的低温等离子体产生的高速离子流引起的二次流即离子风作为驱动动力，风机作为辅助动力；

所述的导体网、粗效过滤网、离子泵荷电加速区、电凝并区、电除尘氧化区、反电晕催化区、高效过滤网、活性炭过滤网和风机在净化通道内依次设置。

2.如权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：所述的电除尘氧化区采用直流高压电源、脉冲高压电源或直流高压电源与脉冲高压电源叠加电源。

3.如权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：所述的电除尘氧化区的导体丝采用万向拉花线、芒刺线或锯齿线。

4.如权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：所述的反电晕催化区采用直流高压电源。

5.如权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：所述的物理过滤装置、离子泵荷电加速区、电凝并区、电除尘氧化区、反电晕催化区和离子风动力装置均采用插槽抽屉式安装。

6.如权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：所述的空气净化器的净化通道内的物理过滤装置、低温等离子体产生装置和离子风动力装置采用由下往上布置的立式结构。

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