CN110508110A - 旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法 - Google Patents

旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法，包括以下步骤：第一步，吸入空气处理：打开电源和控制回路，微型电动机带动高压旋转电极和涡轮风扇旋转，通过下层进风口吸入待处理的空气，涡轮风扇带动待处理的空气进入中层反应区流动；第二步，吸附‑放电处理：中层反应区中的碳毡吸附待处理的空气中有害气体和微生物，中层反应区中的高压旋转电极与筒状接地极之间形成等离子体反应区域，电晕放电激发产生等离子体净化空气；第三步，原位清理：通过高压旋转电极自身旋转，对待处理的空气进行原位清理，将净化后的空气向四周吹出。本发明将吸附法和低温等离子体方法相结合，达到高效、节能、无二次污染等目的。

Description

旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法
技术领域
本发明属于空气净化的领域，特别涉及旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法。
背景技术
人们生活水平不断提高，对居室、办公室等室内空气环境的要求也越来越高。由于装饰材料、家具家电等各种因素综合影响，室内空气质量经常存在不达标的现象。常见的室内污染物主要包括甲醛、苯、颗粒物、细菌、病毒等物质，其中醛类、苯类污染物具有持续不断挥发、不易彻底去除等特点，且空气中漂浮的灰尘颗粒、细菌等物质也会严重影响人体健康。因此，保持室内空气质量良好非常重要。
传统的室内空气净化方法主要有过滤法、静电除尘法、紫外杀菌消毒法等，它们存在去除效率低、使用局限多、应用范围小、维护成本高、易饱和、寿命短、二次污染等缺点。
(1)过滤法：滤材主要为纤维或具吸附效果的活性炭，对空气中灰尘、异味进行过滤，以净化空气。但是该方法无法从根本上对空气进行净化处理，且需定期更换滤材，甚至可能产生二次污染。
(2)静电除尘法：对空气进行放电，使空气中灰尘带电，再利用集尘装置捕集带电灰尘，达到净化空气的目的。但是该方法不能去除空气中的异味、细菌和有机污染物，且设置和使用不便。
(3)紫外杀菌消毒法：利用紫外线灭活空气中的病菌、降解有机污染物，但不能起到除尘作用。
低温等离子体技术是通过低温等离子体发生器发生的强电离场和气体放电，使空气中的水分子和气体分子电离，产生化学性质极其活泼的活性基团，与空气中的污染物发生一系列复杂的氧化还原反应，分解挥发性有机物，由此实现空气净化的目的。这些自由基对于微生物也具有很强的灭活作用，在消除有机污染的同时实现了灭菌目的。低温等离子体技术因其处理效率高、无二次污染、应用方便等技术优势，近年来迅速发展成为废气研究领域的前沿方向。因此，本发明人对此做进一步研究，研发出旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法，本案由此产生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法，将吸附法和低温等离子体方法相结合，达到高效、节能、无二次污染等目的。
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：
旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法，包括以下步骤：
第一步，吸入空气处理：打开上层控制台的电源和控制回路，上层控制台的微型电动机带动中层反应区的高压旋转电极和下层进风口的涡轮风扇旋转，通过下层进风口吸入待处理的空气，涡轮风扇带动待处理的空气进入中层反应区流动；
第二步，吸附-放电处理：中层反应区中的碳毡吸附待处理的空气中有害气体和微生物，中层反应区中的高压旋转电极与筒状接地极之间形成等离子体反应区域，电晕放电激发产生等离子体净化空气；
第三步，原位清理：通过高压旋转电极自身旋转，对待处理的空气进行原位清理，将净化后的空气向四周吹出。
优选的，还包括空气监测步骤，对室内空气质量进行实时监测，当空气质量未达标时，自动触发报警装置进行报警提示，同时触发控制回路，开始对室内空气进行放电处理。
优选的，在步骤二中，高压旋转电极由金属旋转轴和锯齿状不锈钢板组成，锯齿状不锈钢板表面涂覆纳米二氧化锰涂层，电晕放电激发产生的等离子体可与纳米二氧化锰涂层进行光催化协同反应。
优选的，还包括空气过滤步骤，下层进风口设有尼龙滤网，置于涡轮风扇下方，通过尼龙滤网进行初步过滤。
优选的，高压电源电压调节范围为3～15kV，频率调节范围为5～15kHz；高压旋转电极转速范围为0～1200r/min，放电功率范围为100～300W。
优选的，高压电源电压为5kV，频率为10kHz；高压旋转电极转速为600r/min。
采用上述方案后，由于本发明以物理吸附和电晕放电等离子体处理为原理的方法，该方法可对微生物、有毒有害气体等进行吸附，再通过电晕放电对其进行处理。利用电晕放电产生的高能电子、自由基、激发态原子及离子等活性粒子，与难降解的有机污染物分子发生反应，使其最终分解为CO2和H2O等无毒产物。同时，可有效地破坏各种病毒、细菌中的核酸、蛋白质，使其不能进行正常代谢和生物合成，从而致其死亡。本发明具有以下优点：
1.解决传统方法中无法对空气中的微生物和有毒有害气体进行同步处理的问题，并对悬浮颗粒进行有效收集；
2.弥补常见物理吸附法中需要定期更换吸附材料的缺陷，净化空气的同时对吸附材料进行放电处理，达到吸附材料的再生和持续利用；
3.本发明具有体积小、结构简单、处理效果理想等特点，能够解决现有等离子体室内空气净化技术存在装置复杂、处理量小等问题。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明空气净化自动模式下的流程图；
图3是本发明的装置示意图；
图4是本发明的中层反应区示意图；
图5是本发明的下层进风口示意图。
标号说明
上层控制台1 微型电动机4 高压旋转电极6 中层反应区7
下层进风口8 尼龙滤网9 锯齿状不锈钢板10 碳毡11
筒状接地极12 绝缘外壳13 涡轮风扇14
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。本发明所揭示的是旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法，如图1和图3所示，为本发明的较佳实施例，包括以下步骤。
第一步，吸入空气处理：打开上层控制台1的电源和控制回路，上层控制台的微型电动机4带动中层反应区7的高压旋转电极6和下层进风口8的涡轮风扇14旋转，通过下层进风口8吸入待处理的空气，涡轮风扇14带动待处理的空气进入中层反应区7流动。
第二步，吸附-放电处理：中层反应区7中的碳毡11吸附待处理的空气中有害气体和微生物，确保了接触几率和停留时间，提高了空气净化效率，使放电处理更充分。
中层反应区7中的高压旋转电极6与筒状接地极12之间形成等离子体反应区域，电晕放电激发产生等离子体净化空气。放电产生大量电子、离子和包括自由基在内的中性粒子，引发一系列复杂的物理、化学反应，使复杂大分子污染物转变为简单小分子安全物质，或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质，从而使污染物得以降解去除。除此，放电产生的臭氧也可以对有毒有害物质进行氧化分解。
第三步，原位清理：通过高压旋转电极6自身旋转，对待处理的空气进行原位清理，将净化后的空气向四周吹出。如此循环吸附、处理，从而达到碳毡11自我原位清理、空气降解净化的目的。在本实施例中，筒状接地极12外部设有一个绝缘外壳13，绝缘外壳13起到结构支撑和绝缘作用。在筒状接地极12、碳毡11和绝缘外壳13均进行孔状阵列处理，筒状接地极12和碳毡11上的孔径为2mm，绝缘外壳上孔径为1mm。经放电处理净化后的空气，经筒状接地极12、碳毡11和绝缘外壳13上的孔(出风口)排出。
在本实施例中，控制回路包括微型电动机、空气质量传感器和报警装置。
优选的，还包括空气监测步骤，通过空气质量传感器对室内空气质量进行实时监测，当空气质量未达标时，自动触发报警装置进行报警提示，同时触发控制回路，开始对室内空气进行放电处理。使得本方法同时兼具空气监测和空气净化的双重功能。如图2所示，在正常情况下，装置处于待机状态，当室内空气不达标时(TVOC>0.5mg/m3)，自动启动装置，进行放电处理。除自动适应模式外，还可由用户主动选择模式。该装置内置空气质量传感器，根据不同空气质量，通过控制回路实现三种模式自动切换，各模式下放电功率不同，使处理强度也不同：
节能模式(0.5mg/m3≤TVOC<1.0mg/m3，100W)
正常模式(1.0mg/m3≤TVOC<5mg/m3，200W)
强劲模式(TVOC≥5mg/m3，300W)。
优选的，在步骤二中，高压旋转电极6由金属旋转轴和锯齿状不锈钢板10组成，锯齿状不锈钢板10以金属旋转轴为轴旋转，如图4所示，锯齿状不锈钢板10表面涂覆纳米二氧化锰涂层，电晕放电激发产生的等离子体可与纳米二氧化锰涂层进行光催化协同反应，可在保持一定放电功率的前提下，增强等离子体净化空气效率，并能分解空气放电等离子体的副产物臭氧和氮氧化物，很好地解决了等离子体空气净化效率与臭氧和氮氧化物浓度超标之间的矛盾。锯齿状不锈钢板10的厚度为0.5～1mm，纳米二氧化锰涂层厚度优选10μm。使用锯齿状不锈钢板10作为高压极，较小的电极曲率半径使电极区域的电场有效增强，保证了高效的局部稳定放电。
优选的，还包括空气过滤步骤，如图5所示，下层进风口8设有尼龙滤网9，置于涡轮风扇14的下方，通过尼龙滤网9进行初步过滤，可有效防止空气中大颗粒、毛发等杂物被带入装置内部。尼龙滤网9可轻松抽出，便于清洗。
优选的，高压电源电压调节范围为3～15kV，频率调节范围为5～15kHz；高压旋转电极转速范围为0～1200r/min，放电功率范围为100～300W。
优选的，高压电源电压为5kV，频率为10kHz；高压旋转电极转速为600r/min。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (6)

1.旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，吸入空气处理：打开上层控制台的电源和控制回路，上层控制台的微型电动机带动中层反应区的高压旋转电极和下层进风口的涡轮风扇旋转，通过下层进风口吸入待处理的空气，涡轮风扇带动待处理的空气进入中层反应区流动；
第二步，吸附-放电处理：中层反应区中的碳毡吸附待处理的空气中有害气体和微生物，中层反应区中的高压旋转电极与筒状接地极之间形成等离子体反应区域，电晕放电激发产生等离子体净化空气；
第三步，原位清理：通过高压旋转电极自身旋转，对待处理的空气进行原位清理，将净化后的空气向四周吹出。
2.根据权利要求1所述的旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法，其特征在于：还包括空气监测步骤，对室内空气质量进行实时监测，当空气质量未达标时，自动触发报警装置进行报警提示，同时触发控制回路，开始对室内空气进行放电处理。
3.根据权利要求1所述的旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法，其特征在于：在步骤二中，高压旋转电极由金属旋转轴和锯齿状不锈钢板组成，锯齿状不锈钢板表面涂覆纳米二氧化锰涂层，电晕放电激发产生的等离子体可与纳米二氧化锰涂层进行光催化协同反应。
4.根据权利要求1所述的旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法，其特征在于：还包括空气过滤步骤，下层进风口设有尼龙滤网，置于涡轮风扇下方，通过尼龙滤网进行初步过滤。
5.根据权利要求1所述的旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法，其特征在于：高压电源电压调节范围为3～15kV，频率调节范围为5～15kHz；高压旋转电极转速范围为0～1200 r/min，放电功率范围为100～300W。
6.根据权利要求5所述的旋转放电原位自清理式高效电离协同催化室内空气净化法，其特征在于：高压电源电压为5kV，频率为10kHz；高压旋转电极转速为600 r/min。
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