CN108421638A - 催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统 - Google Patents

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CN108421638A CN201810054467.2A CN201810054467A CN108421638A CN 108421638 A CN108421638 A CN 108421638A CN 201810054467 A CN201810054467 A CN 201810054467A CN 108421638 A CN108421638 A CN 108421638A
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Abstract

本发明公开了一种催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，包括：净化进气口，设置于净化进气口的风机，连接于净化进气口并产生强氧化物质净化空气中的颗粒物和有害有机物的电晕放电装置，连接于上述电晕放电装置并利用介质阻挡放电产生强氧化物质对空气进行二次净化的DBD处理装置，连接于DBD处理装置并吸附和分解空气内多余的臭氧和NO x 的催化吸附装置，连接于催化吸附装置的空气质量检测装置，连接于上述空气质量检测装置的数据采集与控制装置，连接于数据采集与控制装置的电源，通道选择装置。本发明能够对空气内的污染物进行分级处理，提高处理效率，降低能耗和成本，扩大处理范围，无二次污染。

Description

催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统
技术领域
本发明涉及空气净化领域，特别是一种催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统。
背景技术
空气污染问题日益尖锐，如何解决空气污染问题备受关注。近年来， PM2.5(环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物)被列为一级致癌物，中国每年工业烟(粉)尘排放超1278.1万吨(燃煤烟(粉)尘排放达100 亿吨)，中国目前约有10亿人生活在总悬浮颗粒物超标的环境中。减少空气污染不仅可以挽救数百万生命，还可以减少巨大的经济损失，解决空气污染问题已经刻不容缓。
目前，空气净化技术主要有过滤技术、臭氧技术、紫外线技术、负离子技术、光媒触技术等。大量研究表明紫外线技术无法去除有机污染物、异味和细小颗粒物等；而过滤技术无法去除细小颗粒物，效率低，且需定期更换滤网，成本过大；静电除尘技术能耗高，且产生固体废物难于清理；臭氧技术产生的臭氧浓度过高，对人体健康构成威胁。总之，这些技术在去除污染物种类、成本、效率以及无二次污染等方面各有不足；本发明解决这些问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，能够对空气内的污染物进行分级处理，提高处理效率，降低能耗和成本，扩大处理范围，无二次污染。控制污染物排放所带来的空气污染并向室内输送新鲜空气，减少呼吸道等疾病的发病率。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，包括：可选择的净化进气口，设置于净化进气口的风机，连接于净化进气口并产生强氧化物质净化空气中的颗粒物和有害有机物的电晕放电装置，连接于电晕放电装置并利用介质阻挡放电产生强氧化物质对空气进行二次净化的DBD处理装置，连接于DBD处理装置并吸附和分解空气内多余的臭氧和NOx的催化吸附装置，连接于催化吸附装置的空气质量检测装置，连接于空气质量检测装置的数据采集与控制装置，连接于数据采集与控制装置的电源，将不符合空气质量要求的空气连接于净化进气口并将符合空气质量要求的空气连接净化出气口的通道选择装置。
前述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，电晕放电装置组成有：设置在入口处的滤网，设置于装置内的筒电极，设于筒电极内的线电极。
前述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，筒电极为不锈钢电极，线电极为钼丝。
前述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，DBD处理装置组成有：箱体，设于箱体内的板状电极，固定板状电极的电极夹板。
前述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，箱体采用透明有机玻璃制成，箱体的左上角设置有与电晕放电装置的出气口连通的进气口，箱体的右下角设置有与活性物质催化吸附装置的进气口连通的出气口。
前述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，板状电极有多个，板状电极相互平行且垂直于箱体的底面，相邻的两个板状电极连接电源的正极和负极。
前述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，板状电极组成有：两层阻挡介质，密封于阻挡介质之间的放电电极。
前述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，催化吸附装置组成有：容器，均匀分布在容器内并制成颗粒状的催化剂，设于容器左下角的进气口，设于容器右上角的出气口。
前述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，通道选择装置组成有：连接于室外进气口、室内进气口与数据采集与控制装置之间的第一伸缩管；连接于数据采集与控制装置且出气口连接于净化出气口和空气质量检测装置的第二伸缩管。
前述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，空气质量检测装置包括：设置于净化出气口并测量甲醛、臭氧、NOx的三电极电化学传感器，光学传感器以及超声波传感器；三电极电化学传感器包含：工作电极WE,参比电极RE，对电极CE。
本发明的有益之处在于：本发明利用风机同时吸收室内和室外的受污染空气，首先对吸收的气体利用电晕放电单元去除大颗粒物质，再用介质阻挡放电单元对小颗粒物质和挥发性有毒害成分进行处理，再通过催化吸附处理放电单元产生的副产物O3和NOx和贵金属，在出口处设有排风风机向室外排出洁净的空气；整个系统相比传统的净化系统，能够对空气内的污染物进行分级处理，提高处理效率，降低能耗和成本，扩大处理范围，无二次污染。控制污染物排放所带来的空气污染并向室内输送新鲜空气，减少呼吸道等疾病的发病率。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的结构示意图；
图2是本发明电晕放电装置的结构示意图；
图3是本发明DBD处理装置的结构示意图；
图4是本发明催化吸附装置的结构示意图；
图5是本发明通道选择装置的结构示意图；
图6是本发明系统工作流程图；
图7是本发明数据采集与控制装置的结构示意图；
图8是本发明输入电压检测电路的结构示意图；
图9是本发明供电电流检测电路的结构示意图；
图10是本发明紫外传感器测试电路结构示意图；
图11是本发明三电极电化学传感器的内部结构示意图；
图12是本发明三电极电化学传感器的封装示意图；
图13是本发明气体浓度检测电路示意图；
图中附图标记的含义：
1滤网，2筒电极，3线电极，4板状电极，401阻挡介质，402放电电极， 5DBD风机，6容器，7催化剂。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，包括：可选择的净化进气口，设置于净化进气口的风机，连接于净化进气口并产生强氧化物质净化空气中的颗粒物和有害有机物的电晕放电装置，连接于上述电晕放电装置并利用介质阻挡放电产生强氧化物质对空气进行二次净化的DBD处理装置，连接于 DBD处理装置并吸附和分解空气内多余的臭氧和NOx的催化吸附装置，连接于催化吸附装置的空气质量检测装置，连接于上述空气质量检测装置的数据采集与控制装置，连接于数据采集与控制装置的电源，将不符合空气质量要求的空气连接于净化进气口并将符合空气质量要求的空气连接净化出气口的通道选择装置。
电晕放电装置组成有：设置在入口处的滤网1，设置于装置内的筒电极2，设于筒电极2内的线电极3。作为一种优选，筒电极2为不锈钢电极，线电极3 为钼丝。
同一行的圆筒并联，同一行的钼丝并联。当气体进入此装置时，线-筒电极 2在高压脉冲电源的作用下，产生电子和正离子。带电粒子在电场中撞击废气，使一部分废气颗粒失去电子，带上正电，另一部分得到电子，带上负电。异号电荷的颗粒相互吸引，聚集形成大颗粒掉落至尘埃收集单元。同时，在放电过程中产生的O3、OH·、O·、UV等强氧化性物质可与废气中难降解的有机物发生反应进一步清除小颗粒物质。
通道中的气体流速可以用气体流量和放电通道的横截面积计算得到，公式可以表示为：
其中v是指通道中的气体流速，Q表示气体流量(L·Min-1)(甲醛溶液的挥发速率非常小可以完全忽略)，Ac是放电通道的横截面积。
Ac1＝N·π(R2 2-R1 2)；
则根据前两个公式得出流速的公式为：
其中，R1为不锈钢电极的半径，R2为不锈钢电极的半径R1；N为电晕放电的个数，最佳流速在2.0-3.0m/s。
空气电晕放电的主要原理为：在负高压电源的激励下，负电极电晕在尖端电极附近聚集起空间电荷，当电子引起碰撞电离后，形成电子雪崩过程，电子被驱往远离尖端电极的空间，并形成负离子，在靠近电极表面则聚集起正离子。电场继续加强时，正离子被吸进电极，此时出现脉冲电晕电流，负离子则扩散到间隙空间。此后又重复开始下一个电离及带电粒子运动过程。如此循环，以致出现许多脉冲形式的电晕电流。在电晕放电的过程中主要产生以下三种强氧化物质：
a.高能粒子：在强电场的作用下，电极尖端将产生一定能量的电子，电子能量与微放电发生时，电极所加电场强度有关。
b.氧原子：具有一定能量的电子与空气中的氧分子碰撞引起氧气分子的解离，产生氧原子，反应式如下：
e+O2→2O+e；
c.臭氧：具有一定能量的氧原子和氧气分子碰撞，反应生成臭氧，反应式如下：
O+O2+M→O3+M；
其中M表示第三种参与的分子。
其对空气净化的主要原理为：
a.空气中带电粒子：在针板之间上强电压的瞬间，带电粒子会在强电场的作用下运动到极板上；
b.空气中不带电粒子：在针板放电的过程中会产生大量的带电粒子，其在空气中运动并与不带电的粒子碰撞使其带上电荷，进而在强电场的作用下运动到极板上；
c.空气中甲醛等有机有毒害物质：臭氧有三个原子，当额外的氧原子从一个臭氧分子分解出来时，便起到了氧化和消毒的作用。在氧化过程当中，原子和污染物被变成二氧化碳和氢。例如对甲醛的氧化：高浓度臭氧与甲醛发生化学反应时，高浓度臭氧的强氧化性能(臭氧原子核，强夺电子的能力)强制性夺取共价键中的电子，使其结构发生根本性变化，转化成对人体无害的水和二氧化碳。
7O3+6COCH→3H2O+12CO2。
DBD处理装置组成有：箱体，设于箱体内的板状电极4，固定板状电极4 的电极夹板。箱体采用透明有机玻璃制成，箱体的左上角设置有与电晕放电装置的出气口连通的进气口，箱体的右下角设置有与活性物质催化吸附装置的进气口连通的出气口。板状电极4有多个，板状电极4相互平行且垂直于箱体的底面，相邻的两个板状电极4连接电源的正极和负极。板状电极4组成有：两层阻挡介质401，密封于于阻挡介质401之间的放电电极402。作为一种优选，阻挡介质401为石英板，放电电极402为铜箔。
在出气口的位置设置有DBD风机5，在风机作用下，电晕放电一级处理后的气体进入此装置时，使用高压电源激励DBD反应器放电，反应器放电时可以产生大量强氧化性的自由基和分子，能够有效去除前级通入的残余挥发性有机废气，排出洁净气体进入催化吸附装置。
DBD反应器为2-4个放电区域，通道中的气体流速可以用气体流量和放电通道的横截面积计算得到，公式可以表示为：
其中v是指通道中的气体流速，Q表示气体流量(L·Min-1)(甲醛溶液的挥发速率非常小可以完全忽略)，Ac是放电通道的横截面积。
Ac2＝D2·L2；
气体的最佳流速在2.0-3.0m/s之间，且Ac1＝Ac2
当在风机的作用下，电晕放电一级处理后的气体进入此单元时，使用高压电源激励DBD反应器放电，反应器放电时可以产生大量强氧化性的自由基和分子，能够有效去除前级通入的残余挥发性有机废气，排出洁净气体进入催化吸附单元。
DBD电极间的最小放电距离d、大气压强p与击穿电压VB之间遵循帕邢 (Paschen’sLaw)定律，即：
式中的A和B为常数，VB为击穿电压，p为大气压强，d为介质层之间的放电间隙,γ为二次电子发射系数。
挥发性气体产生及初始浓度控制装置产生一定初始浓度的废气，快速穿过石英介质层之间的空隙。使用电压脉冲上升和下降时间为纳秒级的高压脉冲电源驱动介质阻挡放电结构。在高约化电场的作用下，使电离产生的电子发生加速、碰撞和电离等连锁反应，引起雪崩效应，最终产生介质阻挡放电。废气中的原子或分子与电子之间的碰撞，原子与原子之间碰撞，光与原子或分子的相互作用等，都可以发生电离，产生电子-离子对；电子或离子碰撞废气。由此，在废气中发生介质阻挡放电时，会产生各种各样的放电生成物，包括高能电子、正负离子、自由基、臭氧(O3)和紫外线，以及少量的氮氧化物(NOx)等，使废气中的有机物分子、重金属元素、病菌等有毒害物种，发生强氧化反应，最终达到降解、杀菌、消毒等目的。
DBD主要反应包括电子碰撞、光解和二次反应。DBD等离子体中电子平均能量在1-10eV左右。主要的反应是在不同的电子能量下电子的碰撞：
e+O2→O(1D)+O(1D)+e(Te＝0-5eV)；
e+H2O→e+H+OH(Te＝1-2eV)；
DBD等离子体产生过程伴随着二次反应，H2O和O2分子被解离：
O(1D)+H2O→2OH；
N2 *+O2→N2+2O(1D)；
在等离子体区域，激发态O能与N2分子反应，N与产生的OH·反应。一些O·能与O2生成O3，一些O3与NO生成NO2,方程式如下：
O2+O+M→O3+M；
NO+O3→NO2+O2；
此外，在高强度紫外辐射的环境中，主要是光解反应，如下：
H2O+hv→OH+H (λ＝145-246nm)；
O2+hv→O+O(1D) (λ＝200-220nm)；
O3+hv→O2+O(1D) (λ≤320nm)。
催化吸附装置组成有：容器6，均匀分布在容器6内并制成颗粒状的催化剂 7，设于容器6左下角的进气口，设于容器6右上角的出气口。催化剂7包括；附着贵金属的过渡金属氧化物，降解臭氧的贵金属氧化物或过渡金属氧化物。
电晕放电装置产生的活性物质有很好的处理挥发性有机气体的效果，然而，也会产生O3和NOx等副产物。若直接排放O3和NOx至空气中，会对人体产生极大的伤害，刺激和损害深部呼吸道，甚至损害人的中枢神经系统，且对生态环境产生恶劣的影响。而臭氧和NOx在高温下很难分解，若能找到合适的催化剂7，大大降低反应的活化能，则可以降低反应温度，减少能量的损耗。因此如何处理电晕放电单元和介质阻挡放电单元产生的多余的臭氧和NOx显得尤为重要。
本发明利用贵金属附着于过渡金属氧化物催化剂7分解和吸附NOx和O3，臭氧降解催化剂7可以使用贵金属如Pd或Pt，或者过渡金属如Mn，Co，Ni 和Ag的氧化物。分解O3的主要原理是将O3转化为O2。当臭氧气体流经MnO2时，臭氧分子通过将O原子插入氧空位而结合到MnO2表面。氧空位是2-电子，并将2-电子转移到臭氧的O原子上，从而在氧空位中形成氧物种，并在空气中解吸氧基分子。然后，另一个臭氧分子与O2反应生成气相氧分子和桥联O2二聚体(过氧化物O2 2-)，这通过原位拉曼光谱观察到。最后，过氧化物(O2 2-)分解释放一个氧分子，因此氧空位被回收，它可以参与下一个循环以分解臭氧。分解NO2的主要原理是在过渡金属氧化物如MnOx催化剂上的O3分解通过从Mnn+到O3的电子转移而发生。这将导致O3分解成氧分子和原子氧O·。然后，不稳定的O2 2–Mn(n+2)+络合物通过将氧化的锰还原成Mn2+并解吸氧分子而分解。氧化锰催化剂在O3分解过程中形成活性原子氧O·。对于其他金属氧化物(例如FeO) 或贵金属(例如Pd)也是类似的分解机制。另外，NO2可以被O·和O3氧化成 NO3。且NO3极易消失，转化为固体N2O5。
由气体反应物与固体催化剂7构成的反应体系称为气-固多相催化反应，其催化过程一般包括5个步骤：(I)臭氧和NOX分子向催化剂7表面扩散；(II)臭氧和NOx分子在催化剂7表面吸附；(III)臭氧和NOX分子的中间反应(表面反应)产生O和O2以及N2O5；(IV)产生的气体从催化剂表面脱附；(V)产生的气体扩散离开催化剂表面。
主要的方程式如下：
4Mn4++O2-→4Mn4++2e+1/2O2→2Mn4++2Mn3++1/2O2，
O3→O2+O*，
NO+O*→NO2，
NO2+O3 *→NO+2O2，
HNO2+OH*→NO2+H2O，
NO2+O*→NO3，
N2O5在47℃时可以完全分解。因此当催化剂饱和后，对其进行加热，将挥发出来的气体通入NaOH溶液中，之后催化剂可以重复使用。经过催化单元的降解吸附后，本装置可以向空气中排出洁净的气体。
如图5所示，通道选择装置1组成有：连接于室外进气口、室内进气口与数据采集与控制装置之间的第一伸缩管；
前述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，通道选择装置2 组成有：连接于数据采集与控制装置且出气口连接于净化出气口和空气质量检测装置以及通道选择装置3的第二伸缩管。
空气质量检测装置包括：设置于净化出气口并测量甲醛、臭氧、NOx的三电极电化学传感器，光学传感器以及超声波传感器；
如图7所示，数据采集与控制装置包括：MCU，连接于MCU的AD端的甲醛传感器、臭氧传感器、NOx传感器、开关按键、紫外传感器、输入电压采集单元、输入电流采集单元，以及MCU电源、显示单元、电晕放电开关控制单元、DBD开关控制单元、通道选择控制单元。MCU可以选择STC公司的 STC12C、STM32、STC89系列单片机。推荐使用封装为SOP-20，单片机内置了8位ADC和通用I/O口，速度均可达到100kHZ，8路ADC模块可以用作电压检测、频谱检测、按键检测等。可将传感器检测到的气体浓度以及电压电流转化为电压信号采集并传送到MCU的A/D口，之后MCU根据采集而来的信号控制整个系统的运行。显示屏与I/O口连接，显示屏可以使用的型号为 LCD1602,LCD12864,LCD16864,LCD12232等。
总开关按键控制整体装置的运行，闭合后装置便开始正常工作。甲醛传感器、臭氧传感器、NOx传感器以及紫外传感器将采集的信号转化为电压信号，输送给MCU并进行AD转换。电晕放电控制单元包括电源与电晕放电净化反应器，介质阻挡放电控制单元包括电源与DBD放电净化反应，DBD控制单元和电晕放电控制单元主要是根据采集到的气体浓度选择控制放电单元工作与否，采用的方案是在给高压电源供电的220V电源输出端串联可控硅。通道选择控制区主要有两个功能，一是根据实际需要选择清除室内空气或者室外空气或同时清除，二是选择是否向空气中排放处理后的气体或者选择重新返回反应器处理。显示单元与单片机输出端口相连，主要显示机器是否正常工作、当前消耗功率、废气和氧化物浓度等参数。
如图8所示，输入电压检测电路；为了实时显示当前设备的工作功率，本发明检测了电源输入电压和电流。采用的测量电压的方法是电阻分压器法，将高电压波形转换成低电压波形，由高压臂和低压臂组成。输入电压加在整个装置上，而输出电压则取自低压电阻R2。将R2两端的电压信号通过一个电压跟随器U1，电压跟随器的作用如下：为了使R2端采集的电压信号不会受后级测量系统的阻抗影响，所以后级测量系统应为高阻抗状态，将R2两端的电压信号通过电容C1，起到消除直流分量的作用。另外，由于该电路检测的是高压信号，为了防止出现瞬时高压尖峰通过分压电路，造成检测电路短路，损坏元器件情况，在C1后端并联一个TVS管D1，用于导入大电压，吸收浪涌功率，保护测试电路。将采集到的信号通过电压跟随器U1，电压跟随器的作用如下：为了使R2端采集的电压信号不会受后级测量系统的阻抗影响，所以后级测量系统应为高阻抗状态，由于电压跟随器具有输入高输入阻抗，低输出阻抗的特点，在采集电路与测量系统之间接入电压跟随器，一方面可以对采集电路的影响，另一方面也降低了对测量系统的影响。采集到的电压信号经过精密整流电路进行整流，再通过真有效值(RMS)转换电路对交流信号进行真有效值转换。真有效值转换芯片可选择AD637、AD736、AD737等。之后将交流信号变为直流信号，然后输入到MCU的ADC端，进行信号的处理。R1、R2分别代表高电压臂和低电压臂的电阻，假定被测电压为U，R2两端电压为UR2。根据电流连续性原理：
如图9所示，电流监测电路组成有：电流互感器，连接于电路互感器的放大电路，连接于放大电路的积分电路，连接于积分电路与数据采集装置的电压跟随器。电压跟随器连接于精密整流电路与数据采集装置之间的真有效值(RMS) 转换电路；RMS转换电路连接于MCU的ADC端。
本发明采用一个电流互感器来感应装置的放电电流。电流互感器为均匀密绕在一环形非磁性骨架上的空心螺线管，其输出电压正比于被测电流随时间的变化率。将DBD反应器的地线直通过测量线圈所在的平面，感应放电电流。电流互感器输出电压的表达式为：
e(t)＝dψ(t)/dt＝-(μ0Nh/2π)ln(Ra/Rb)di/dt；
式中:i为被测电流,h为骨架高度,N为线圈匝数,μ0为真空磁导率,Rb、 Ra分别为骨架内、外径；用电流互感器测量得到的微小电流的感应出的电压太弱，所以要对采集而来的信号进行放大处理。
中，是一个常数，用互感系数M表示：
由于电流互感器输出电压与被测电流的微分成正比，所以需要对其输出的电压信号进行积分处理才能得到与回路电流成正比的输出电压。电流互感器输出的电压信号先经过一个电压跟随器再进行后续处理，电压跟随器的作用是降低后续电路对采集信号的干扰。另外，由于互感器感应到的电压信号很小，因此将其输出的电压信号先经过一个放大电路进行信号的放大，再经过积分电路。信号经过积分电路后已转变为一个与感应到的电流信号呈正比的电压信号，在将信号传输到MCU的ADC端口之前，还需加入一级电压跟随器，这是由于ADC 工作时会消耗电能，如果直接与前级电路相连，ADC会使信号发生畸变。所以放电电流检测电路的工作流程为：先用电流互感器感应系统中的放电电流，将电流信号转化为电压信号，然后通过电压跟随器对进行隔离，下一步对电压信号进行放大，将放大的信号输入到MCU的ADC模块，对数据进行采集和处理。
光学传感器
本发明使用高压电源驱动介质阻挡放电结构，在高压电场的作用下，物质吸收能量发生电离。气体中的原子或分子与电子之间的碰撞，原子与原子之间碰撞，光与原子或分子的相互作用等，会产生各种各样的放电生成物，包括高能电子、正负离子、自由基、臭氧(O3)和紫外线(UV)，以及少量的氮氧化物(NOx) 等，使废气中的有机物分子、重金属元素、病菌等有毒害物种，发生强氧化反应，最终达到降解、杀菌、消毒等目的。
如图10所示，气体在介质阻挡放电的作用下吸收电能，发生电子跃迁，产生的激发态的活性物种，活性物种在由激发态变回基态的过程中会发出特定波长的光，因此产生活性物种的浓度可以通过发射光谱的强度来表示。在本装置的放电中产生紫外辐射，紫外线的波长范围为180-400nm，具体分为UVC辐射 (180-280nm)、UVB辐射(280-320nm)、UVA辐射(320-400nm)。由于人眼看不见紫外辐射，放电产生的紫外线等原子和分析光谱成分和辐射强度需要通过专门的光学探测器件测量。使用半导体紫外光学探测器，可以将光学信号的强度通过电压信号显现出来，可选用以下型号传感器，如GS-AB-0603E(检测范围 300-370nm)、GS-ABC-2835(检测范围210-370nm)、GT-UVV-L(检测范围200-440nm)等，在DBD通道中观察到一系列光谱，其来自一些活性物种如OH、O 和NO。本发明重点关注放电产生的OH光谱(309-318nm)。
为了测量放电区域的活性物质种类和浓度，本发明利用紫外传感器探测反应器放电区域的活性物中的光谱强度，将光学信号转化为电信号，用紫外传感器输出的电压信号表示活性物种产生的相对浓度。由于介质阻挡放电过程中产生的活性物种会发出多种波长的光谱，而本发明中主要关注OH的光谱，因此在紫外传感器前放置滤光片对光谱进行初步滤除。紫外带通型滤光片可以选择 ET313/25BP(中心波长313nm，带宽25nm)，ET325/20BP(中心波长325nm，带宽20nm)，XBPA310，ZBPA310(中心波长310nm，带宽10nm)。将紫外传感器的电压信号通过电压跟随器进行隔离，由于紫外传感器输出的信号的频率较高，所以U5使用响应时间较快电流型运算放大器用作电压跟随器，此处电压跟随器的作用与图8中描述的相同，其中R9的作用是将电流信号转化为电压信号。由于后级运算放大器的输入阻抗无穷大，造成电荷的积累，因此需要与大地之间接一个电阻R8作为能量的释放通道，为了防止高压振荡，R10与R11进行匹配，阻值相等。紫外传感器输出的电压信号含有直流分量，如果将其直接通过后级的放大电路，可能会造成放大饱和失真，因此使用电容C3隔离传感器输出信号中的直流分量。下一步使用放大电路对取得的信号幅值进行放大。之后经过整流电路对将交流信号变为直流信号，将信号输入MCU的ADC端口中，对数据进行采集和显示。放大电路对应的方程式为：
式中，V表示紫外传感器输出的电压信号经过电压跟随器的电压值，U6o表示放大电路输出的电压值。
三电极电化学传感器
本发明测量O3、NO2、甲醛或其他挥发性有机物等气体主要使用的是电化学检测方法，如图11、12所示，传感器主要使用三电极电化学传感器。包含工作电极(WE),参比电极(RE)和对电极(CE)。WE的作用是在电极表面产生化学反应；RE在没有电流通过的前提下,用来维持工作电极与参比电极间电压的恒定；CE用来输出反应产生的电流信号,由测量电路实现信号的转换和放大。
WE的作用是在电极表面产生化学反应；RE在没有电流通过的前提下,用来维持工作电极与参比电极间电压的恒定；CE用来输出反应产生的电流信号,电流信号越大，所测得的气体浓度越高。
其主要的方程式有：
O3+2H++2e→O2+H2O；
NO2+2H++2e→NO+H2O；
HCHO+H2O→CH2O2+2H++2e；
如图13所示，气体(O3、NO2、甲醛或其他挥发性有机物等)浓度的检测电路的原理示意图。电化学传感器的工作原理是允许气体通过薄膜扩散到传感器内，并与工作电极(WE)相互作用。传感器参考电极(RE)提供反馈，以便通过改变反电极(CE)上的电压保持WE引脚的恒定电位。最后由IWE的值转换为U7的值。由U7的大小反应气体的浓度。下一步使用反相放大电路对取得的信号幅值进行放大。之后经过整流电路对将交流信号变为直流信号，将信号输入MCU的 ADC模块，对数据进行采集和显示。
本装置的工作流程具体为：通过按钮打开总电源后，将MCU模块、键盘输入模块和液晶显示模块等系统初始化，装置开始正常工作，风机转动将空气吸入装置，室外空气进气口用于将室外空气吸入装置，室内空气进气口用于将室内的空气吸入装置进行净化，并且在进气口前均加有滤网1，对污染空气进行初级过滤；首先通过电晕放电区对空气进行初级净化，继而高压电源激励DBD电极放电产生强氧化物质对空气进行二级净化，催化吸附单元对空气中多余的臭氧和NOx进行吸附降解，甲醛、臭氧和NOx传感器固定在出气口，方便对排出的空气进行实时检测，并将数据传送到数据采集与控制装置；数据采集与控制装置控制电晕放电电源、介质阻挡放电电源、静电吸附电源、风机、双通道阀门电源。若其浓度安全达标，则开启阀门将空气排出装置，但若空气质量尚未达到安全标准，则将出气口关闭若甲醛气体浓度未达标，则将气体连接于净化进气口进行重新处理。若甲醛浓度达标而氧化物浓度未达标则将气体通入催化吸附单元去除多余的氧化物。
本发明利用风机同时吸收室内和室外的受污染空气，首先对吸收的气体利用电晕放电单元去除大颗粒物质，再用介质阻挡放电单元对小颗粒物质和挥发性有毒害成分进行处理，再通过催化吸附处理放电单元产生的副产物O3和NOx和贵金属，在出口处设有排风风机向室外排出洁净的空气；整个系统相比传统的净化系统，能够对空气内的污染物进行分级处理，提高处理效率，降低能耗和成本，扩大处理范围，无二次污染。控制污染物排放所带来的空气污染并向室内输送新鲜空气，减少呼吸道等疾病的发病率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，其特征在于，包括：可选择的净化进气口，设置于净化进气口的风机，连接于净化进气口并产生强氧化物质净化空气中的颗粒物和有害有机物的电晕放电装置，连接于上述电晕放电装置并利用介质阻挡放电产生强氧化物质对空气进行二次净化的DBD处理装置，连接于DBD处理装置并吸附和分解空气内多余的臭氧和NOx的催化吸附装置，连接于催化吸附装置的空气质量检测装置，连接于上述空气质量检测装置的数据采集与控制装置，连接于数据采集与控制装置的电源，将不符合空气质量要求的空气连接于净化进气口并将符合空气质量要求的空气连接净化出气口的通道选择装置。
2.根据权利要求1所述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，其特征在于，上述电晕放电装置组成有：设置在入口处的滤网，设置于装置内的筒电极，设于上述筒电极内的线电极。
3.根据权利要求2所述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，其特征在于，上述筒电极为不锈钢电极，上述线电极为钼丝。
4.根据权利要求1所述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，其特征在于，上述DBD处理装置组成有：箱体，设于上述箱体内的板状电极，固定上述板状电极的电极夹板。
5.根据权利要求4所述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，其特征在于，上述箱体采用透明有机玻璃制成，箱体的左上角设置有与电晕放电装置的出气口连通的进气口，箱体的右下角设置有与活性物质催化吸附装置的进气口连通的出气口。
6.根据权利要求5所述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，其特征在于，上述板状电极有多个，上述板状电极相互平行且垂直于箱体的底面，相邻的两个板状电极连接电源的正极和负极。
7.根据权利要求4所述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，其特征在于，上述板状电极组成有：两层阻挡介质，密封于上述阻挡介质之间的放电电极。
8.根据权利要求1所述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，其特征在于，上述催化吸附装置组成有：容器，均匀分布在容器内并制成颗粒状的催化剂，设于容器左下角的进气口，设于容器右上角的出气口。
9.根据权利要求1所述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，其特征在于，上述通道选择装置组成有：连接于室外进气口、室内进气口与数据采集与控制装置之间的第一伸缩管；连接于数据采集与控制装置且出气口连接于净化出气口和空气质量检测装置的第二伸缩管。
10.根据权利要求1所述的催化联合电晕和介质阻挡放电空气净化调控系统，其特征在于，上述空气质量检测装置包括：设置于净化出气口并测量甲醛、臭氧、NOx的三电极电化学传感器，光学传感器以及超声波传感器；上述三电极电化学传感器包含：工作电极WE,参比电极RE，对电极CE。
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