CN108939770A - 原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的方法与装置 - Google Patents

原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的方法与装置，属于室内空气净化技术领域。本发明首先让室外新风或室内空气依次通过粗效过滤模块和静电除尘模块，所述的静电除尘模块包括电离区和集尘区，粗效过滤模块的作用是去除易引起静电除尘模块高压放电过程不稳定的大颗粒；在电离区借助高压放电实现颗粒荷电；在集尘区，借助高压静电场实现颗粒物的分离。电离区高压放电产生臭氧，进入集尘区被涂覆在极板上的臭氧催化分解材料高效分解为氧气，从而防止臭氧进入室内环境。本发明提供的方法和装置具有气流阻力小、噪音小、能耗低等优势。

Description

原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的方法 与装置
技术领域
本发明涉及室内空气净化技术领域，更具体地，涉及一种原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的方法与装置。
背景技术
近年来，受大气雾霾影响，颗粒物成为最主要的室内空气污染物，去除室外新风和室内空气PM2.5成为空气净化器最迫切和重要的功能，并因此催生了各类空气净化技术，如光触媒、纤维过滤技术、静电除尘技术等。其中，光触媒技术有一定的降解甲醛和苯系物效果，但去除效率低、转化产物具有不确定性。对PM2.5之类颗粒物则没有净化作用，因此只能够作为空气净化的辅助手段。而传统的纤维过滤技术存在高阻力、高能耗、净化风量小、运行噪音大及需要定期更换耗材等问题，也极大地制约了该技术在新风和室内空气中的应用范围。
静电集尘技术是利用高压放电实现颗粒荷电，并借助高压静电场使荷电颗粒从气流中分离出来，对PM2.5有较好的净化效果；在荷电颗粒被捕集过程中几乎不阻碍空气流动，气流阻力较小，因此与纤维过滤方法相比，具有处理风量大、集尘量大、压力损失小、能耗低的优势。除此之外，可通过水洗、振打和风吹等方式清除集尘极表面积聚的灰尘，因此静电式空气净化器可长期使用，不需更换除尘组件，可减少运行和维护费用。不过，静电除尘装置在运行过程中，因高压放电会产生臭氧，臭氧浓度高到一定水平会危害人体健康，因而其推广应用受到制约。
为有效防止臭氧进入室内环境，目前静电式新风和室内空气净化器通常采用两级净化技术，即前级为常规的颗粒物净化，后级为臭氧消除装置。申请号为201720051934.7的中国专利公开了一种可去除新风PM2.5、臭氧的新风净化系统。该净化系统包括粗效过滤网、充电电场、集尘巢及涂覆有分解臭氧的锰基催化剂涂层的蜂窝状基网，运行过程中可有效分解吸附催化分解残余的臭氧。申请号为201510482678.2的中国专利公开了一种恒流限压超低臭氧型静电式空气净化器。该净化器沿室内空气流向依次设有静电除尘装置、活性炭过滤网、蜂窝状臭氧分解过滤网；在静电除尘装置中首先通过控制电压降低臭氧的产生量，再流经后级布设的活性炭吸附模块、臭氧分解过滤网有效吸附/分解残余臭氧。但是，空气净化器中气体流速较大，单独增设臭氧消除装置会产生较大的气流阻力，从而影响净化效果，且该方法还会增加生产成本，一定程度上会阻碍该技术在空气净化器的推广及应用。
发明内容
本发明针对现有技术中，活性炭吸附材料因存在吸附烧蚀现象而需定期再生或更换，以及增设臭氧吸附或催化分解装置会产生较大气阻从而影响净化效率且该法增加生产成本等问题，提供了一种原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的方法与装置。
所述的原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的方法，首先让室外新风或室内空气依次通过粗效过滤模块和静电除尘模块，所述的静电除尘模块包括电离区和集尘区，实现颗粒物的高效脱除。粗效过滤模块的作用是去除易引起静电除尘模块高压放电过程不稳定的大颗粒。经粗效过滤模块处理后的含尘空气先进入静电除尘模块的电离区，借助高压放电实现颗粒荷电；接着进入静电除尘模块的集尘区，借助高压静电场实现颗粒物的分离。电离区高压放电会产生较高浓度的臭氧，进入集尘区被涂覆在极板上的臭氧催化分解材料高效分解为氧气，从而防止臭氧进入室内环境。
所述的电离区采用正或负极性直流高压放电，正极性直流放电的电压为6-15kV；负极性直流放电的电压为7-20kV。
所述的集尘区采用正或负极性直流高压放电，正极性直流放电的电压为4-6kV；负极性直流放电的电压为5-8kV。
所述的涂覆在极板上的臭氧催化分解材料，可以高效分解自电离区流入集尘区的臭氧为氧气，分解效率可达90％以上。
应用本发明提供的方法，可有效解决室外新风或室内空气静电除尘过程中因高压放电产生的臭氧超标问题。
本发明还提供了一种原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置。所述装置在主风管中沿室外新风或室内空气流向依次设置有粗效过滤模块、静电除尘模块，静电除尘模块包括电离区和集尘区，在集尘区的极板上涂覆有臭氧催化分解材料；所述主风管的一端为进风口，另一端为出风口；所述的电离区采用线-板或线-管式电极布置，线-板或线-管间距10-15mm，放电线为0.2mm的钨丝，板和管材为铝合金、不锈钢或铜合金；所述的集尘区采用板-板电极布置，板-板间距为10-20mm，板材为铝合金、不锈钢或铜合金；所述的集尘区板-板电极表面涂覆的臭氧催化分解材料可采用浸涂或喷涂的方法实现。所述的臭氧催化分解材料既可涂覆于集尘区的高压电极，也可涂覆于集尘区的接地极。所述的臭氧催化分解材料载体为活性氧化铝，活性组分为锰氧化物，也可进一步负载银，其中，氧化铝的重量含量为85％-95％，锰氧化物的重量含量为5％-15％，银的负载量为0.5％-2％。
本发明的优点在于：
1.本发明避免了因增设臭氧消除装置而导致的主风管中气流阻力问题，在高处理风量运行过程中具有气流阻力小、噪音小、能耗低等优势。
2.本发明所涂覆的臭氧催化分解材料对电极的导电性能影响不大，不会对高压放电产生影响。
3.本发明应用于静电除尘设备中的电极为窄极间距，可使含尘气流与极板充分接触，为负载于金属电极上的臭氧分解催化材料去除臭氧创造了条件。
附图说明
图1为本发明一种原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置及其催化分解臭氧过程的示意图。
图2为本发明采用线-板式电极布置电离区的去除室外新风和室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置及其催化分解臭氧过程的示意图。
图3为本发明采用线-管式(线在两管中心处)电极布置电离区的去除室外新风和室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置及其催化分解臭氧过程的示意图。
图4为本发明采用线-管式(线在圆管中心处)电极布置电离区的去除室外新风和室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置及其催化分解臭氧过程的示意图。
图中：
1.主风管；2.粗效过滤模块；3.静电除尘模块；4.线-板式电离区高压放电极；
5.线-板式电离区接地极；6.线-管式电离区高压放电极；7.线-管式电离区接地极；
8.板-板式集尘区高压电极；9.板-板式集尘区接地极。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明首先提供了一种原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置，如图1所示，在主风管1中沿室外新风或室内空气流向依次设置有粗效过滤模块2、静电除尘模块3，其静电除尘模块3包括电离区和集尘区，在集尘区的极板上涂覆臭氧催化分解材料。室外新风或室内空气沿进风口进入主风管1，经过主风管1内的粗效过滤模块2，以去除室内空气中的较大颗粒物；含尘气体随后通入静电除尘模块3的电离区，高压放电产生的带电粒子使颗粒荷电；然后气流再进行静电除尘模块3的集尘区，借助高压静电场实现荷电颗粒从气流中分离。在电离区高压放电产生的臭氧进入集尘区，借助涂覆在极板上的臭氧催化分解材料高效分解臭氧为氧气。经该装置处理后的干净室外新风或室内空气从主风管1的出风口处排出，进入室内环境。
所述的电离区采用线-板或线-管式电极布置，线-板或线-管间距10-15mm，放电线为0.2mm的钨丝，板和管材为铝合金、不锈钢或铜合金。
所述的集尘区采用板-板电极布置，板-板间距为10-20mm，板材为铝合金、不锈钢或铜合金。
所述的集尘区板-板电极表面涂覆的臭氧催化分解材料可采用浸涂或喷涂的方法实现。
所述的臭氧催化分解材料既可涂覆于集尘区的高压电极，也可涂覆于集尘区的接地极，或者同时涂覆于集尘区的高压电极和接地极。
所述的臭氧催化分解材料载体为活性氧化铝，活性组分为锰氧化物，也可进一步负载银；其中，氧化铝的重量含量为85％-95％，锰氧化物的重量含量为5％-15％，银的负载量为0.5％-2％。
本发明还提供了一种原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的方法，其包括步骤如下：
在建筑物启动通风净化的时段内，含有颗粒物的室外新风或室内空气通过主风管首先进入预除尘区，借助粗效过滤模块去除易引起静电除尘区高压放电过程不稳定的大颗粒。含尘空气经主风管通入静电除尘区后，经过高压电场作用去除颗粒；同时，电离区高压放电产生的臭氧经过主风管进入集尘区，即被涂覆在极板上的臭氧催化分解材料高效分解为氧气，从而防止其进入室内环境；所述的电离区采用正或负极性直流高压放电，正极性直流放电的电压为6-15kV；负极性直流放电的电压为7-20kV。所述的集尘区采用正或负极性直流高压放电，正极性直流放电的电压为4-6kV；负极性直流放电的电压为5-8kV。所述的涂覆在极板上的臭氧催化分解材料，可以高效分解自电离区流入该集尘区的臭氧为氧气，分解效率可达90％以上。若要求更高的除尘效率，可在静电除尘区后增设高效的纤维过滤模块，以满足更高的新风或室内空气的净化要求。
实施例1
某办公室配备本发明提供的原位消除室外新风静电除尘过程伴生臭氧的装置。如图2所示，采用内径为65mm的圆形A3钢板作为主风管1，在主风管1中沿室外新风流向依次设置有粗效过滤模块2和静电除尘模块3，静电除尘模块3包括电离区和集尘区，电离区采用电压为6kV的正极性直流放电，以线-板方式布置电极，线-板式电离区高压放电电极4的放电线为0.2mm的钨丝，线-板式电离区接地极5的板材为铝合金，线-板间距为10mm；集尘区采用电压为5kV的正极性直流放电，以板-板方式布置电极，板材为铜合金，板-板间距为10mm；并采用浸涂的方式在集尘区的高压电极8上涂覆重量含量为5％的锰氧化物和95％的活性氧化铝作为催化分解材料。打开装置电源，室外新风首先通过主风管1中的粗效过滤模块2，去除易引起静电除尘模块3高压放电过程不稳定的大颗粒。含尘空气通入静电除尘模块3后，经过高压电场作用去除PM2.5颗粒，并借助在板-板式集尘区高压电极8表面负载的臭氧催化分解材料原位消除臭氧，实现臭氧的高效分解。检测结果表明，入口PM2.5浓度为167μg/m3时，一次通过净化率为89％，出口臭氧未检出。
实施例2
某居民住宅内配备本发明提供的原位消除室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置。采用内径为40mm的圆形A3钢板为主风管1，如图2所示，在主风管1中沿室内空气流向依次设置有粗效过滤模块2和静电除尘模块3，静电除尘模块3包括电离区和集尘区，电离区采用电压为15kV的正极性直流放电，以线-板方式布置电极，放电线为0.2mm的钨丝，板材为不锈钢，线-管间距为15mm；采用集尘区采用电压为6kV的正极性直流放电，以板-板方式布置电极，板材为铝合金，板-板间距为20mm；并采用喷涂的方式在板-板式集尘区接地极9上涂覆重量含量为10％的锰氧化物、90％的活性氧化铝作为催化分解材料；打开装置电源，室内空气首先通过主风管1中的粗效过滤模块2，去除易引起静电除尘模块3高压放电过程不稳定的大颗粒。含尘空气通入静电除尘模块3后，经过高压电场作用去除PM2.5颗粒，并借助在板-板式集尘区接地极9表面负载的臭氧催化分解材料原位消除臭氧，实现臭氧的高效分解。检测结果表明，入口PM2.5浓度为172μg/m3时，一次通过净化率为85％，出口臭氧未检出。
实施例3
某学生宿舍内配备本发明提供的原位消除室外新风静电除尘过程伴生臭氧的装置。采用内径为45mm的圆形A3钢板作为主风管1，如图2所示，所述装置包括在主风管1中沿室外新风流向依次设置的粗效过滤模块2和静电除尘模块3，静电除尘模块3包括电离区和集尘区，电离区采用电压为7kV的负极性直流放电，以线-板方式布置电极，放电线为0.2mm的钨丝，板材为铜合金，线-板间距为12mm；集尘区采用电压为5kV的负极性直流放电，以板-板方式布置电极，板材为不锈钢，板-板间距为15mm；采用浸涂的方式在板-板式集尘区高压电极8上涂覆重量含量为1％的锰氧化物、99％的活性氧化铝作为催化分解材料；打开装置电源，室外新风首先通过主风管1中的粗效过滤模块2，去除易引起静电除尘模块3高压放电过程不稳定的大颗粒。含尘空气经主风管1通入静电除尘模块3后，经过高压电场作用去除PM2.5颗粒，并借助在板-板式集尘区高压电极8表面负载的臭氧催化分解材料原位消除臭氧，实现臭氧的高效分解。检测结果表明，入口PM2.5浓度为185μg/m3时，一次通过净化率为84％，出口臭氧未检出。
实施例4
某学生教室内配备本发明提供的原位消除室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置。采用内径为65mm的圆形A3钢板作为主风管1，如图3所示，所述装置包括在主风管1中沿室内空气流向依次设置的粗效过滤模块2和静电除尘模块3，静电除尘模块3包括电离区和集尘区，电离区采用电压为20kV的负极性直流放电，以线-管方式布置电极，线-管式电离区高压放电极6的放电线为0.2mm的钨丝，线-管式电离区接地极7为不锈钢管，线-管在垂直进气方向间隔布置，线-管间距为15mm；采用集尘区采用电压为8kV的负极性直流放电，以板-板式布置电极，板材为铝合金，板-板间距为13mm；采用浸涂的方式在板-板式集尘区接地极9上涂覆重量含量为1.5％的锰氧化物、0.5％的银、98％的活性氧化铝作为催化分解材料；打开装置电源，室内空气首先通过主风管1中的粗效过滤模块2，去除易引起静电除尘模块3高压放电过程不稳定的大颗粒。含尘空气经主风管1通入静电除尘模块3后，经过高压电场作用去除PM2.5颗粒，并借助在板-板式集尘区接地极9表面负载的臭氧催化分解材料原位消除臭氧，实现臭氧的高效分解。检测结果表明，入口PM2.5浓度为153μg/m3时，一次通过净化率为88％，出口臭氧未检出。
实施例5
某民宅内配备本发明提供的原位消除室外新风静电除尘过程伴生臭氧的装置。采用内径为50mm的圆形A3钢板作为主风管1，如图3所示，所述装置包括在主风管1中沿室外新风流向依次设置有粗效过滤模块2和静电除尘模块3，静电除尘模块3包括电离区和集尘区，电离区采用电压为10kV的正极性直流放电，以线-管方式布置电极，放电线为0.2mm的钨丝，管材为铜合金管，线-管在垂直进气方向间隔布置，线-管间距为10mm；采用集尘区采用电压为6kV的负极性直流放电，以板-板方式布置电极，板材为铜合金，板-板间距为18mm；采用浸涂的方式在板-板式集尘区高压电极8和板-板式集尘区接地极9上均涂覆重量含量为5％的锰氧化物、2％的银、93％的活性氧化铝作为催化分解材料；打开装置电源，室外新风首先通过主风管1中的粗效过滤模块2，去除易引起静电除尘模块3高压放电过程不稳定的大颗粒。含尘空气经主风管1通入静电除尘模块3后，经过高压电场作用去除PM2.5颗粒，并借助在板-板式集尘区高压电极8和板-板式集尘区接地极9表面负载的臭氧催化分解材料原位消除臭氧，实现臭氧的高效分解。检测结果表明，入口PM2.5浓度为192μg/m3时，一次通过净化率为84％，出口臭氧未检出。
实施例6
在某办公室内配备本发明提供的原位消除室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置。采用内径为55mm的圆形有机玻璃管或不锈钢管作为主风管1，如图4所示，所述装置包括在主风管1中沿室内空气流向依次设置的粗效过滤模块2和静电除尘模块3，静电除尘模块3包括电离区和集尘区，电离区采用电压为15kV的负极性直流放电，以线-管方式布置电极，放电线为0.2mm的钨丝，管材为铝合金管，线位于管内，线-管间距为12mm；集尘区采用电压为5kV的正极性直流放电，以板-板方式布置电极，板材为铝合金，板-板间距为20mm；采用浸涂的方式在板-板式集尘区高压电极8和板-板式集尘区接地极9上均涂覆重量含量为5％的锰氧化物、1.5％的银、93.5％的活性氧化铝作为催化分解材料；打开装置电源，室内空气首先通过主风管1中的粗效过滤模块2，去除易引起静电除尘模块3高压放电过程不稳定的大颗粒。含尘空气经主风管1通入静电除尘模块3后，经过高压电场作用去除PM2.5颗粒，并借助在板-板式集尘区高压电极8和板-板式集尘区接地极9表面负载的臭氧催化分解材料原位消除臭氧，实现臭氧的高效分解。检测结果表明，入口PM2.5浓度为155μg/m3时，一次通过净化率为86％，出口臭氧未检出。

Claims (10)

1.原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的方法，其特征在于：该方法让室外新风或室内空气依次通过粗效过滤模块和静电除尘模块，所述的静电除尘模块包括电离区和集尘区，实现颗粒物的高效脱除；粗效过滤模块的作用是去除易引起静电除尘区高压放电过程不稳定的大颗粒；经粗效过滤模块处理后的含尘空气先进入静电除尘模块的电离区，借助高压放电实现颗粒荷电；接着进入静电除尘模块的集尘区，借助高压静电场实现颗粒物的分离；电离区高压放电会产生较高浓度的臭氧，进入集尘区被涂覆在极板上的臭氧催化分解材料高效分解为氧气，从而防止其进入室内环境。
2.根据权利要求1所述的原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的方法，其特征在于：所述的电离区采用正或负极性直流高压放电，正极性直流放电的电压为6-15kV；负极性直流放电的电压为7-20kV。
3.根据权利要求1所述的原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的方法，其特征在于：所述的集尘区采用正或负极性直流高压放电，正极性直流放电的电压为4-6kV；负极性直流放电的电压为5-8kV。
4.根据权利要求1所述的原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的方法，其特征在于：所述的涂覆在极板上的臭氧催化分解材料，分解自电离区流入集尘区的臭氧为氧气，分解效率达90％以上。
5.一种原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置，其特征在于：所述的装置包括粗效过滤模块和静电除尘模块，所述的静电除尘模块包括电离区和集尘区，在集尘区的板-板电极表面涂覆臭氧催化分解材料。
6.根据权利要求5所述的原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置，其特征在于：所述的电离区采用线-板或线-管式电极布置，线-板或线-管间距10-15mm，放电线为0.2mm的钨丝，板和管材为铝合金、不锈钢或铜合金。
7.根据权利要求5所述的原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置，其特征在于：所述的集尘区采用板-板电极布置，板-板间距为10-20mm，板材为铝合金、不锈钢或铜合金。
8.根据权利要求5所述的原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置，其特征在于：所述的集尘区板-板电极表面涂覆的臭氧催化分解材料采用浸涂或喷涂的方法实现。
9.根据权利要求5所述的原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置，其特征在于：所述的臭氧催化分解材料单独涂覆于集尘区的高压电极，或者单独涂覆于集尘区的接地极，或者同时涂覆于集尘区的高压电极和接地极。
10.根据权利要求5所述的原位消除室外新风或室内空气静电除尘过程伴生臭氧的装置，其特征在于：所述的臭氧催化分解材料载体为活性氧化铝，活性组分为锰氧化物，也可进一步负载银；其中，氧化铝的重量含量为85％-95％，锰氧化物的重量含量为5％-15％，银的负载量为0.5％-2％。
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CN204678558U (zh) * 2015-05-20 2015-09-30 董坤 一种静电喷雾新风净化装置
CN107376931A (zh) * 2017-03-22 2017-11-24 傅国琳 一种固体催化剂及制备方法和用途
CN206996856U (zh) * 2017-09-11 2018-02-13 广东美的制冷设备有限公司 静电除尘模块和空气调节装置

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