CN111389589A - 一种细微颗粒物污染源的捕集、杀灭及脱敏模组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气净化领域，尤其涉及一种细微颗粒物污染源的捕集、杀灭及脱敏模组，其包括荷电组件，用于对经过的细微颗粒物污染源进行荷电；静电颗粒物捕集器，用于对荷电的细微颗粒物污染源进行捕集，静电颗粒物捕集器包括至少两块相互平行的电极板，电极板的表面涂有光催化涂层，电极板为透明结构；部分电极板为高压电极板，另一部分电极板为低压电极板，高压电极板与低压电极板交错且间隔地设置，以形成具有高压电场的捕集通道，荷电组件位于捕集通道的进风口的前端；发光组件，用于向电极板发射光；检测组件，用于检测光线透过电极板后的光强度。其能够高能效捕集颗粒物并能够在原位迅速杀灭或脱敏所包含的微生物、过敏原。

Description

一种细微颗粒物污染源的捕集、杀灭及脱敏模组

技术领域

本发明涉及空气净化领域，尤其涉及一种细微颗粒物污染源的捕集、杀灭及脱敏模组。

背景技术

空气中的细微颗粒物污染源，主要包括细微颗粒物(PM10/PM2.5/PM1.0)、悬浮微生物(真菌/霉菌集及其孢子繁殖体、细菌、病毒及病毒依附体)、过敏原(花粉、螨虫及螨虫尸骸、螨虫排泄及分泌物等)等，这些细微颗粒物污染源直接导致了呼吸道疾病、传染病和过敏性疾病的发生。

以大气雾霾污染为代表的细微颗粒物，其主要成分为地质尘(碳酸盐、硅酸盐、氧化物等水不溶解性颗粒物)，来源于岩石、土壤自然风化；硫、氮氧化物在光化学反应作用下形成的水溶性盐，包括硫酸盐、铵盐化合物；化石燃料(石油、煤炭)产生的有机碳和游离元素碳污染。大气雾霾污染的细微颗粒物污染分布范围较广，粒径在0.01μm～100μm，调查统计的计重粒径分布峰值为0.8～1.0μm。

对于细微颗粒物的净化，代表性的是使用超细纤维堆积形成纸质过滤材料，通过折叠加工构成颗粒物过滤器，纸质过滤器可以制成具有很高过滤效率的过滤器，但同时具有气流阻力大、使用成本高的弱点。另外一种是静电式颗粒物过滤器，使用平行静电场结构，将荷电的细微颗粒物在库伦力的作用下，收集到极板表面，静电式过滤器具有效率高、风阻低、可重复使用的特点，但是结构与参数设计不当，会导致打火放电、产生臭氧、表面极化失效等问题。

悬浮微生物中，真菌、霉菌和孢子繁殖体的粒径较大，分布在2～10μm，细菌是以菌落方式散布于空气中，等效粒径2～100μm。病毒是无细胞壁的生物结构，粒径15～120nm，不能单独游离于空气中，必须依附于寄生细胞体或分泌物，例如喷嚏或咳嗽飞沫形成颗粒在空气中散布，研究表明，喷嚏形成的稳定飞沫在水分蒸发后，形成粒径在0.8～2.4μm的，可以在空气中形成气溶胶并长时间悬浮、迁移，所包含的病毒成分可以通过呼吸吸入或粘膜接触导致传染，2020年2月19日国家卫生健康委员会发布了《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第六版)》。对病毒性疾病传播途径定义为：经呼吸道飞沫传播和在相对封闭的环境中长时间暴露于高浓度气溶胶情况下中存在经气溶胶传播的可能。

吸入性过敏原主要为螨虫的排泄物及尸骸、真菌、霉菌等，统计粒径分布在2～100μm，外部进入室外的过敏原主要为花粉，分布粒径在5～100μm。导致过敏的原因是过敏原所携带的致敏蛋白质，例如螨虫排泄物所携带的消化酶。其它的过敏原还包括蟑螂排泄物、宠物毛屑等。

对于悬浮微生物和过敏原在空气中的去除，实际上就是对细微颗粒物的捕集去除，不论是纸质还是静电过滤器，都能够较好的予以捕集并在空气去除。但是，捕集并不意味着杀灭，例如在纸质过滤器中，所捕集含有病毒的飞沫，病毒可能继续保持一周的活性，特别是采用聚丙烯静电熔喷纤维制成的过滤材料，由于材料表面的疏水特性，飞沫颗粒可能随着水分的蒸发、液滴的缩小而脱离被捕集状态，重新进入空气中，而细菌、霉菌、真菌可能在捕集的细微颗粒物堆积体中大量繁殖，形成新的污染源。

大量的研究表明，微生物和导致过敏的蛋白质成分，可以通过以下方式杀灭或脱敏。

紫外线照射：波长小于280nm的深紫外线可导致生物蛋白质凝固、变性，生物遗传物质DNA或RNA断裂，进而使微生物死亡、致敏蛋白质失活脱敏。非典时期，中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所的专家发现，使用强度大于90μW/cm²的紫外线照射冠状病毒30分钟，可以杀灭SARS病毒。《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》中指出，新型冠状病毒对紫外线敏感。近期研究发现，新型冠状病毒与SARS冠状病毒存在相关性。因此理论上科学合理使用紫外线可有效灭活冠状病毒。根据微生物种类不同，紫外线杀菌时间和剂量也各不相同。不同的细菌种类对紫外线的吸收峰值不同。如DNA、大肠杆菌的最大吸收波长均为265nm，而隐孢子菌、噬菌体的最大吸收波长分别为261nm和271nm。因此所需的杀菌时间也应有所不同。当紫外线辐射强度为3×10⁴μW/cm²时，杀灭病毒及细菌、霉菌孢子、藻类细菌所需时间分别为0.1～1.0S，1.0～8.0S，5.0～40.0S。紫外线剂量在灭菌过程中起着至关重要的作用。紫外线剂量可以表示为紫外线强度与照射时间的乘积。在紫外线剂量充足的条件下，失活的病毒细菌不会复活，但剂量不足时，许多被紫外线照射失活的病毒细菌可通过光的协助作用修复自身被破坏的结构。在紫外线剂量相同时，可采用高强度、短时间或低强度、长时间的照射方式，以达到杀菌目的。杀灭1×10⁴个/mL的螺旋杆菌，所需紫外线剂量30mJ/cm²左右，而杀灭同样数量的孢子，则需要70mJ/cm²左右的紫外线剂量。大功率深紫外线对高分子材料如塑胶、橡胶等会产生老化作用，造成结构损害，限制了使用场合，需要进行相应的防护处理。

羟基自由基反应：羟基自由基的氧化电位为2.8eV，自然界中仅次于F元素，可以同任何有机物产生氧化反应，使主要以碳、氮、氧、氢构成的化学键断裂并分解。羟基自由基的产生方式之一是光催化反应，通过使用光辐射能级大于半导体金属氧化物的禁带宽度能级的光线照射，产生电子跃迁，进而使吸附在表面的水分子分解为羟基自由基。锐钛型晶形结构的二氧化钛纳米材料因其化学惰性好、禁带宽度适中，被广泛应用在光催化反应中。虽然光催化反应形成羟基自由基具有极强的反应能力，但其存在时间为纳秒级，作用距离也仅为几个纳米，属于典型的“接触-传质-反应”范畴，即仅仅能够与表面接触的有机物反应。锐钛型二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，对应的激发光波波长387.5nm，属于UV-A波段。通过对光催化材料进行改性处理，例如参杂氮、过渡金属、贵金属元素，使其禁带宽度缩小，激发波长红移，甚至可以使用可见光激发。光线的传播属于直线传播，容易被遮蔽，在光催化反应结构中，需要解决激发光源的有效传导和光触媒材料表面遮蔽导致的效能下降问题，才能最大限度的提高羟基自由基量子反应效率。

氧自由基反应：氧化电位略低于羟基自由基，约为2.7eV，同样能够氧化各种有机物，起到杀菌与脱敏的作用。原子氧产生于空间辐射(紫外线辐射、电子轰击)的氧气分子断裂或臭氧重新还原过程，同羟基自由基一样，存在时间与作用距离都很小。

强电场作用：微生物的新陈代谢电信号传递受到抑制甚至停止，微生物新陈代谢受阻将停止分裂繁殖直至死亡，进而达到杀灭的目的。如果在强电场环境下，微生物产生荷电与放电过程，产生的电流将导致微生物的快速死亡。

臭氧、自由电子辐射、等离子体等空间氧化物和带电粒子，对微生物和过敏原也有较好的杀灭和脱敏作用，但是受到反应器效率、使用环境臭氧浓度限制，其浓度极低，空间接触概率较小，接触累积能量不易达到杀灭或脱敏剂量，一般起到辅助作用。

过滤器在使用过程中，因其地域、环境、使用的习惯不同，过滤器的负荷特性也不同，何时对过滤器进行维护是困扰应用的难点之一。除了使用超细玻纤制成的高效过滤器可以采取初始阻力和终止阻力测试的方式进行在线实时效用判定，其余的过滤方式目前尚无适合、便利的在线检测方法。

空气净化器的能效限定值已经被列为国家强制标准(GB36893-2018空气净化器能效限定值及能效等级)，2019年正式生效实施，低风阻、高效率的细微颗粒物过滤器是满足限定值要求的关键因素之一。

而目前，现有技术中尚未存在一种能够高能效捕集颗粒物并能够在原位迅速杀灭或脱敏所包含的微生物、过敏原的模组。

发明内容

本发明的目的在于提供一种细微颗粒物污染源的捕集、杀灭及脱敏模组，其能够高能效捕集颗粒物并能够在原位迅速杀灭或脱敏所包含的微生物、过敏原，且具有实时效用检测功能。

为了达到上述的目的，本发明提供了一种细微颗粒物污染源的捕集、杀灭及脱敏模组，其包括：荷电组件，用于对经过的细微颗粒物污染源进行荷电；静电颗粒物捕集器，用于对荷电的细微颗粒物污染源进行捕集，所述静电颗粒物捕集器包括至少两块相互平行的电极板，所述电极板的表面涂有光催化涂层，所述电极板为透明结构；部分所述电极板为高压电极板，另一部分所述电极板为低压电极板，所述高压电极板与低压电极板交错且间隔地设置，以形成具有高压电场的捕集通道，所述荷电组件位于所述捕集通道的进风口的前端；发光组件，用于向所述电极板发射光；检测组件，用于检测光线透过所述电极板后的光强度。

进一步地，所述电极板包括依次层叠的包覆膜、电极和包覆膜，所述电极板的可见光透明度＞40％，所述电极的方阻为10E6～10E9Ω。

进一步地，所述低压电极板的包覆膜开有微孔，使包覆膜对电极的包覆覆盖率为50％～99.99％。

进一步地，所述电极为氧化铟电极、锑参杂的氧化锡电极、聚苯胺电极或聚噻吩电极中的一种或一种以上的组合。

进一步地，所述包覆膜为聚碳酸酯包覆膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆膜、丙烯晴-苯乙烯共聚物包覆膜、尼龙包覆膜、聚丙烯包覆膜、高硅硼玻璃包覆膜或石英玻璃包覆膜中的一种或一种以上的组合。

进一步地，所述高压电极板与低压电极板之间的电场强度＞3MV/m。

进一步地，所述电极板均联结有电阻，电阻值为10MΩ～1000MΩ。

进一步地，所述光催化涂层的可见光透明度＞80％；所述光催化涂层的光吸收截止波长为365～400nm。

进一步地，所述光催化涂层为纳米二氧化钛涂层，粒径≤150nm；所述光催化涂层的厚度<10μm。

进一步地，所述荷电组件包括至少一个放电针以及与所述放电针相对应的诱导电极，所述放电针适于与高压电源的高压端联结，所述诱导电极适于与高压电源的低压端或接地端联结；所述诱导电极为环形结构，所述环形结构的平面表面分布有对称的至少1个诱导曲线，所述放电针指向所述诱导电极的环形中心。

进一步地，所述放电针与所述诱导电极的环形中心之间的距离为

之间，其中r为环形结构的最小半径。

进一步地，所述放电针的长度与当量直径比值>15，当量直径<1mm，尖端曲率<100μm。

进一步地，所述放电针联结有电阻，电阻值为10MΩ～1000MΩ。

进一步地，所述荷电组件包括基板，所述基板设置有环形通孔，所述环形通孔至少边缘导电，所述环形通孔的边缘构成所述诱导电极。

进一步地，所述放电针为镀银碳纤维放电针，或所述放电针包括碳纤维和镀银线，所述碳纤维与镀银线之间通过树脂粘结。

进一步地，所述发光组件包括深紫外线连续发光组件、紫外线发光二极管组件或气体放电闪光管组件中的一种或一种以上；所述深紫外线连续发光组件包括深紫外线发光二极管及与其相连的驱动电路，或真空气体放电灯及与其相连的驱动电路，所述深紫外线连续发光组件的发光波长为180～280nm，表面辐照功率>0.01mW/cm²；所述紫外线发光二极管组件包括紫外线发光二极管及与其相连的驱动电路，所述紫外线发光二极管组件的发光波长为320～400nm，表面辐照功率>1mW/cm²；所述气体放电闪光管组件包括闪光管及与其相连的驱动电路，所述气体放电闪光管组件的发光波长组成中包含100～400nm波长成分，表面辐照功率>10mW/cm²。

进一步地，所述检测组件包括光敏器件及与其相连的驱动电路，所述光敏器件的检测波长为可见光至红外光波长。

进一步地，所述荷电组件包括用于构成诱导电极的金属导电基板，所述金属导电基板与所述静电颗粒物捕集器连接，所述发光组件安装在所述金属导电基板的结构上并朝向所述电极板发射光。

本发明所提供的一种细微颗粒物污染源的捕集、杀灭及脱敏模组，相对于现有技术，其能够高能效捕集颗粒物并能够在原位迅速杀灭或脱敏所包含的微生物、过敏原，且具有实时效用检测功能，而且还具有风阻低、能效高、使用寿命长、便于维护、可重复使用的优点。

附图说明

图1是本发明的细微颗粒物污染源的捕集、杀灭及脱敏模组的立体结构示意图；

图2是本发明的细微颗粒物污染源的捕集、杀灭及脱敏模组的分解结构示意图；

图3是静电颗粒物捕集器的结构示意简图；

图4是荷电组件与静电颗粒物捕集器的结构示意简图；

图5是放电针及其供电结构的示意图；

图6是诱导电极的结构示意图；

图7是放电针的结构示意图；

图8是发光组件、静电颗粒物捕集器及检测组件的结构示意简图；

图9是脉冲氙气灯光谱能量分布图；

图10是紫外线发光二极管光谱能量分布图；

图11是风速-风阻测试曲线；

图12是风速-效率测试曲线；

图13是使用时间-光通比率测试曲线；

图14是臭氧发生量测试曲线。

【附图标记说明】

1-静电颗粒物捕集器、11-电极板、111-电极、112-包覆膜、1121-微孔、113-高压电极板、114-低压电极板、12-光催化涂层、13-支撑结构、14-捕集通道；

2-荷电组件、21-放电针、211-碳纤维、212-镀银线、22-诱导电极、221-诱导曲线、222-基板、223-通孔、

3-发光组件、31-深紫外线连续发光组件、32-紫外线发光二极管组件、33-气体放电闪光管组件；

4-检测组件；

5-高压电源。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作详细说明。

本发明提供了一种细微颗粒物污染源的捕集、杀灭及脱敏模组，如图1至图8所示，其包括：

荷电组件2，用于对经过的细微颗粒物污染源进行荷电。

静电颗粒物捕集器1，用于对荷电的细微颗粒物污染源进行捕集，荷电组件2位于捕集通道14的进风口的前端，该设置方式能够使细微颗粒物污染源经过荷电后便进入到捕集通道14内，当然，如果该模组增设一个外壳，外壳形成空气导向流道的话，由于外壳的形状可以是多样，荷电组件2也不必需要严格位于静电颗粒物捕集器1的前方，只要是在空气流动的方向上，荷电组件2位于静电颗粒物捕集器1的前端即可，因此不必对荷电组件2的位置进行严格限定。

静电颗粒物捕集器1包括至少两块相互平行的电极板11，电极板11的表面涂有光催化涂层12，电极板11为透明结构；部分电极板11为高压电极板113，另一部分电极板11为低压电极板114，高压电极板113与低压电极板114交错且间隔地设置，后续使用时高压电极板113和低压电极板114通过电阻联结到高压电源5，以形成具有高压电场的捕集通道14。

发光组件3，用于向电极板11发射光。对于该发光组件3，可以设置在多个位置，例如静电颗粒物捕集器1的捕集通道14的进风口的前端或后端，或侧面亦可，只要能够实现对电极板11发射光即可，因此不必对发光组件3的位置进行严格限定。

检测组件4，用于检测光线透过电极板11后的光强度。对于该检测组件4，可以设置在多个位置，可以设置在某块电极板11上，也可以设置在该静电颗粒物捕集器1的外部，只要能够检测到光线透过电极板11后的光强度即可；同时，检测组件4设置在不同位置时，对应的是检测光线穿过一层或多层电极板11后的光强度，后续通过计算转化得出所要的数据即可，因此不必对检测组件4的位置进行严格限定。

优选地，也可以设置一个外壳，把上述的荷电组件2、静电颗粒物捕集器1、发光组件3和检测组件4都安装在外壳里，外壳形成空气导向流道，且外壳的形状可以是多样的；当然，也可以如图1所示，不设置外壳换也是可以的，直接是把荷电组件2安装在静电颗粒物捕集器1的前端，发光组件3安装在荷电组件2的底部，检测组件4安装静电颗粒物捕集器1，也是能够实现本发明的目的。

基于上述的组件及组件间的配合，本发明所提供的细微颗粒物污染源的捕集、杀灭及脱敏模组工作原理如下：

气流经过荷电组件2后，荷电组件2对气流中的细微颗粒物污染源进行荷电，之后细微颗粒物污染源进入静电颗粒物捕集器1，静电颗粒物捕集器1的高压电场对荷电的细微颗粒物污染源进行捕集，荷电的细微颗粒物污染源吸附到电极板11上，通过发光组件3所发出的紫外线结合光催化涂层12的作用，高能效地对细微颗粒物污染源所包含的微生物和过敏原进行杀灭和脱敏，由于电极板11为透明结构，因此大于光催化涂层截止波长的紫外线能进入电极板11并部分穿过，在光学透射、反射、导光的协同作用下，对所有电极板11上所捕集的细微颗粒物污染源中包含的的微生物和过敏原杀灭和脱敏，大幅度减少了光学死角的存在；同时设置了检测组件4，通过实时检测光线透过电极板11后的光强度，通过与初始光强度的比较，可以了解捕集情况及进行清洗维护提醒。该种模组可应用于高能效室内空气净化器、新风通风、风机盘管、可佩戴式呼吸器等装置。

综上，该种细微颗粒物污染源的捕集、杀灭及脱敏模组能够高能效捕集颗粒物并能够在原位迅速杀灭或脱敏所包含的微生物、过敏原，其具有实时效用检测功能，而且还具有风阻低、能效高、使用寿命长、便于维护、可重复使用的优点。

以下，对各个组件进行详细说明。

静电颗粒物捕集器1

在本实施例中，静电颗粒物捕集器1包括至少两块电极板11，并通过电极板11形成捕集通道14。

电极板11包括依次层叠的包覆膜112、电极111和包覆膜112，电极板11的可见光透明度＞40％，电极111的方阻为10E6～10E9Ω。高压电极板113用于接高压电源5的高压端，低压电极板114用于接高压电源5的低压端或接地，高压电极板113与低压电极板114交错且间隔地设置，间隔处设置支撑结构13，从而构成捕集通道14，气流从捕集通道14中流过。

在本实施例中，为避免双层包覆膜112容易产生的表面极化作用降低极间电场强度，低压电极板114的包覆膜112开有微孔1121，使包覆膜112对电极111的包覆覆盖率为50％～99.99％。微孔在覆盖层形成微电极，使平行极板内部的电场分布产生非对称梯度变化，可以提升细微颗粒物捕集效率，同时微电极可以诱导荷电微生物放电，产生电流杀灭微生物。

在本实施例中，电极111为氧化铟电极、锑参杂的氧化锡电极、聚苯胺电极或聚噻吩电极中的一种或一种以上的组合。为了达到可见光透明度的要求，采用上述材料涂敷制成透明电极111，电极111方阻在10E6～10E9Ω。当然，还有其他类似的材料可达到上述目的，本发明不作穷举，类似的替换也落入本发明的保护范围之内。

在本实施例中，包覆膜112为聚碳酸酯包覆膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆膜、丙烯晴-苯乙烯共聚物包覆膜、尼龙包覆膜、聚丙烯包覆膜、高硅硼玻璃包覆膜或石英玻璃包覆膜中的一种或一种以上的组合。为了达到可见光透明度的要求，采用上述材料制成透明包覆膜112。当然，还有其他类似的材料可达到上述目的，本发明不作穷举，类似的替换也落入本发明的保护范围之内。

在本实施例中，高压电极板113与低压电极板114之间的电场强度＞3MV/m，大于3MV/m的持续电场强度可以有效的缩短荷电颗粒物库伦力偏转捕集距离，抑制微生物活性，抑制微生物新陈代谢电信号传导杀灭微生物。

在本实施例中，为避免出现电弱点打火导致的电流汇集效应和震荡放电效应，每一电极板11均联结有电阻，后续通过电阻联结到高压电源，电阻值为10MΩ～1000MΩ。

在本实施例中，光催化涂层12的可见光透明度＞80％；光催化涂层12的光吸收截止波长为365～400nm。光催化涂层12的作用主要有：在紫外线作用下，外表面吸附的水分子分解产生羟基自由基，杀灭表面吸附的微生物、脱敏过敏原蛋白质；同时，光催化涂层12在截止波长的作用下，阻止小于UV-B波段的紫外线进入包覆膜层和电极层，防止包覆膜层和电极层其受到紫外线辐射而老化。

在本实施例中，光催化涂层12的主要成分为纳米二氧化钛，粒径≤150nm，进一步优选地，粒径为5～50nm；光催化涂层12的厚度<10μm。当然，还有其他类似的材料可达到上述目的，本发明不作穷举，类似的替换也落入本发明的保护范围之内。

荷电组件2

在本实施例中，荷电组件2优选为辉光放电等离子体荷电组件，其包括至少一个放电针21以及与放电针21相对应的诱导电极22，放电针21适于与高压电源的高压端联结，诱导电极22适于与高压电源的低压端或接地端联结；诱导电极22为环形结构，环形结构的平面表面分布有对称的至少1个诱导曲线221(当为1个的时候，即诱导曲线为圆形)，放电针21指向诱导电极22的环形中心。放电针21的长度与当量直径比值>15，当量直径<1mm，尖端曲率<100μm。放电针21联结有电阻，电阻值为10MΩ～1000MΩ，放电针21的尖端放电电流为0.5uA～5uA。

在本实施例中，放电针21与诱导电极22的环形中心之间的距离为

之间，其中r为环形结构的最小半径。上述为荷电效率高、臭氧发生量最小的辉光放电等离子发生结构形式。

诱导曲线221有利于辉光放电的发生，尖端到中心平面的距离设定有利于在最小的施加电压下产生最佳的荷电效果，供电串联电阻的加入，可以避免放电电流过大导致的流光或弧光放电和臭氧发生，同时在多个放电针21同时使用一个电源供电时，可以有效的均衡电流，保证荷电效率的一致性，避免局部失效导致的整体性能劣化。

在本实施例中，荷电组件2包括基板222，基板222设置有环形通孔223，环形通孔223至少边缘导电，环形通孔223的边缘构成诱导电极22。基于上述结构，可以采用一块基板222，并在基板222上冲环形通孔223，且使环形通孔223的边缘导电，并配置与环形通孔223数量相应的放电针21，即可构成多组辉光放电等离子体荷电单元，方便生产，且生产成本低。优选地，冲孔后的通风面积不小于整块基板222未冲孔前的总面积的90％，以降低风阻。

诱导电极22可以是导电圈，也可以如图6所示的，采用基板222冲孔的方式得到，基板222的材料可以为铝板/不锈钢板/涂塑钢板/表面导电化的塑胶板/内圈边缘印刷有导电涂层的绝缘板等，以适应不同应用场合的需要。类似的替换均落入本发明的保护范围之内。

在本实施例中，放电针21为镀银碳纤维放电针，或放电针21包括碳纤维211和镀银线212，碳纤维211与镀银线212之间通过树脂粘结。上述结构的放电针21可避免金属放电针21的安规问题和在使用过程中尖端表面产生结晶物附着。如图7所示，为碳纤维211与镀银线212的混合结构，经树脂粘结固化后制成直径0.3～1.0mm的、具有一定柔性和挺度的丝状体，一端斜向切割形成尖角，另一端联结电阻后接入电源。碳纤维211化学惰性极佳，放电过程中可耐受电子轰击和电化学腐蚀，金属银可增强导电性，放电过程中产生的剥离效应，可以除去尖端表面容易附着固体颗粒物，保持放电尖端的曲率稳定，剥离的银离子被后端颗粒物捕集电极板11捕集，可杀灭接触的病毒、细菌等微生物。上述结构的放电针21具有柔性，不易产生刺伤、刮伤，利于清洗维护和符合家用电器安规设计要求。

发光组件3

在本实施例中，发光组件3包括深紫外线连续发光组件31、紫外线发光二极管组件32或气体放电闪光管组件33中的一种或一种以上。发光组件3用于辐照杀菌、脱敏；激发二氧化钛产生自由基；穿透性强力杀菌、脱敏，激发光催化材料的亲水性。光谱能量分布如图9和图10所示。

深紫外线连续发光组件31包括深紫外线发光二极管及与其相连的驱动电路，或真空气体放电灯及与其相连的驱动电路，深紫外线连续发光组件31的发光波长为180～280nm，表面辐照功率>0.01mW/cm²。优选地，选择深紫外线发光二极管时，波长为240～280nm。深紫外线连续发光组件31对流经的空气进行连续辐照，杀灭敏感的病毒。

深紫外线发光二极管的连续使用寿命可达3万小时以上，可以满足连续使用5年的设计要求。

紫外线发光二极管组件32包括紫外线发光二极管及与其相连的驱动电路，紫外线发光二极管组件32的发光波长为320～400nm，表面辐照功率>1mW/cm²。优选地，紫外线发光二极管的发光波长为365～400nm(NUV波段)，NUV波段的紫外线发光二极管可以高量子转化效率、连续辐射大功率A波段紫外线，通过空间辐射、反射、透明电极和透明包覆膜的传导，无死角照射涂敷的光催化材料，激发产生羟基自由基，杀灭表面吸附的微生物，分解脱敏过敏原蛋白体。紫外线发光二极管也可工作在脉冲模式，在最大许用电流和持续时间的限定范围内，采用脉冲驱动，发光功率可以提高2～4倍，尽管总体辐照能量增加有限，但是光强度的增加可以提高穿透、反射能力，提升光催化材料的量子反应效率。

紫外线发光二极管的连续使用寿命可达3万小时以上，可以满足连续使用5年的设计要求。

气体放电闪光管组件33包括闪光管及与其相连的驱动电路，气体放电闪光管组件33的发光波长组成中包含100～400nm波长成分，表面辐照功率>10mW/cm²。闪光管可通过调节真空度、填充惰性气体成分、玻壳材质、放电电流等参数，使其在闪光过程中产生波长100～280nm的真空紫外线至深紫外线的强光，瞬时光功率可达数百瓦至数十千瓦。其小于242nm波长光能级可以激发氧分子断裂产生氧自由基进而形成臭氧，同时当波长在220nm～320nm的紫外线照射臭氧时，又能将臭氧还原为氧气，氧自由基和臭氧具有直接的微生物杀灭特性，可以通过闪光强度和频度，控制空间臭氧浓度小于限定值。小于280nm波长(UV-C)部分可以快速杀灭微生物并脱敏过敏原。小于400nm波长(UV-A/B)紫外线，由于其强辐照强度产生的穿透性能，可以激发光催化材料产生羟基自由基，杀灭表面吸附的微生物并脱敏过敏原，同时，对电极板11上涂敷的光催化材料、捕集的细微颗粒物污染源可以受到多方位的照射，有利于UV-C波段紫外线、光催化材料协同作用，杀灭微生物。

使用闪光管的另外一个益处在于，当该模组应用于医院院感防控、家庭病人护理时，在需要进行模组取出清洗维护时，可以设定使闪光管进行连续闪光，利用其产生的大功率紫外光、辐射热量，彻底杀灭捕集的微生物，然后再进行处理，以保护操作人员避免二次感染。

闪光管的使用寿命一般在10万次以上，通过适当的驱动电路设计，可以达到100万次以上，可以满足医用场合3年、民用场合5年的使用寿命。

基于上述的设置，该三种发光组件3可以在不同的应用场所进行组合应用：例如，在一般家用场合，可以连续使用深紫外线连续发光组件31，连续或间歇使用紫外线发光二极管组件32，定期或清洗前使用气体放电闪光管组件33；在办公等人员集中场合，连续使用深紫外线连续发光组件31和紫外线发光二极管组件32，每天定期使用气体放电闪光管组件33进行强化处理；在医疗场所，连续使用深紫外线连续发光组件31与紫外线发光二极管组件32，同时间歇使用气体放电闪光管组件33辅助杀灭微生物，特别是在清洗维护前，集中使用气体放电闪光管组件33进行处理，彻底杀灭捕集的微生物，避免二次传播、保护操作人员安全。

优选地，荷电组件2包括用于构成诱导电极22的金属导电基板222，金属导电基板222与静电颗粒物捕集器1连接，发光组件3安装在金属导电基板222的底部并朝向电极板11发射光。当把发光组件3安装在金属导电基板222的底部时，金属导电基板222能够帮助发光组件3散热。

检测组件4

在本实施例中，检测组件4包括光敏器件及与其相连的驱动电路，光敏器件的检测波长为可见光至红外光波长。光敏器件置于一层或多层电极板11后部，用于检测光线透过电极板11后的强度。

在初始阶段，电极板11没有捕集颗粒物的覆盖，光敏器件将检测一个初始透过光强度，随着使用时间的增加，捕集的颗粒物覆盖了电极板11的表面，导致透过光强度衰减，通过与初始光强度的比较，设定相应的提示，最终提示需要对捕集过滤器进行清洗维护。

还可以通过对光敏器件检测到的数据统计分析，调整发光组件3的的驱动电路，调节发光强度，优化模组工作状态。采用光敏器件检测，效果直接，简单可靠，有益于有效合理的使用模组。

制造方式及测试结果

采用粒径20～50nm，锑参杂的氧化锡粉体材料，研磨分散于正丁醇中，制成浓度约20％的分散液，加入适量的醇溶性树脂、助剂，制成含导电颗粒成分的涂料。采用刮涂的方式，涂装在宽度50mm、厚度100～150μm的透明聚碳酸酯膜上，制成厚度5μm，方阻值10E7Ω、宽度40mm居中的导电层(也即电极)，涂层上涂布粘结剂并复合同等厚度的透明聚碳酸酯膜，复合后的包覆膜-电极-包覆膜结构透光率>70％。制成长度250mm、宽度50mm的高压电极板。

采用高压电极板制作相同工艺制造低压电极板，不同点在于：低压电极板的包覆膜上分布有直径0.2mm、间距1mm的微孔，分别在包覆膜上制作导电层(也即电极)后，进行包覆膜-电极-电极-包覆膜的复合，得到的结构透光率>50％。制成长度250mm、宽度50mm的低压电极板。

采用钛酸盐水解的方式，制作含有纳米二氧化钛粒子的溶胶，加入硅烷耦合剂、有机硅树脂，制成二氧化钛固相含量约为1％的涂料，采用浸涂的方式，涂装于电极板的表面形成光催化涂层。

采用绝缘的高分子材料，按高压电极板、低压电极板交错的方式等距支撑分隔，支撑结构等距分布，高度3mm，厚度与间距的比例约为1：50～200，形成捕集通道。

采用直径7μm碳纤维成品，采用已知的公知技术进行表面进行化学镀银处理，镀银厚度0.3～1μm，将约500股镀银碳纤维并列成一股，使用环氧树脂粘结固化成丝状，水平夹角30度切割形成尖角，制成直径0.6mm、长度12mm的放电针。放电针按设计间距固定于表面印刷装配有电阻的条状电极板上，组成辉光放电等离子体荷电组件的发射端。

诱导电极采用金属板切割制成，每个封闭曲面上分布4个弧线诱导电极，曲面直径45mm，组成辉光放电等离子体荷电组件的诱导端。

发射端针尖部分距离诱导电极平面中心距离17mm。

深紫外线发光光源采用波长260～280nm、功率1W的发光二极管，紫外线发光光源采用波长380nm，功率3W的发光二极管，闪光紫外线发光光源采用直径3mm、发光长度50mm闪光管。将三种光源依据设计排列，固定在组成辉光放电等离子体荷电组件的诱导端的金属板上。

光敏器件采用硅光电池光强度传感器，固定在静电颗粒物捕集器的侧壁。

辉光放电等离子体荷电组件的发射端粘结固定于静电颗粒物捕集器的表面，一端电极引出线并联结入高压电源，依顺序将装配有发光组件的诱导电极通过边框支架与静电颗粒物捕集器组合。

依据以上结构，制成进风面长度250mm，高度170mm的模组，当然，上述仅是一个实例，实际制造时可基于本发明的原理作材料或工艺的变换。模组中的各组件及外壳围护结构采用粘结、灌封等工艺，达到IP68防护等级要求。该模组的供电、控制信号输入和采集采用弹性触点方式，优选的，采用磁性吸合触点馈电。

将静电颗粒物捕集器接入15KV直流高压电源，将辉光放电等离子体荷电组件接入10KV可调恒流直流电源中，调节单个放电针的电流为1.5uA。

将该模组加装绝缘的外壳围护结构，置于GB/T34012《通风系统用空气净化装置》标准规定的测试风洞内，调节并设定表面风速，采用氯化钠颗粒物测试0.3μm颗粒物净化效率、采用自然尘测试PM2.5、PM10净化效率。测试结果件图11及图12。

将该模组置于室内通风处，环境颗粒物浓度在30～150ug/m³，连续开机测试，每周记录一次光敏组件的检测值，并与初始值比较，检测结果见图13。数据表示随着集尘量的增加，光线透过透明集尘器的强度被衰减，可以通过比较，确认适合的清洁维护时间。

将该模组置于带有直流风机的外壳内，调节风机流量为230立方米/小时，输入功率约为12W。依据GB/T18801：2015《空气净化器》、GB4076.45《家用和类似用途电器的安全：空气净化器的特殊要求》，在30立方米测试舱内进行测试。

1.颗粒物净化能效比：关闭LED和闪光管

测试CADR值为220cmh，计算能效比为18.3，超过标准GB36893-2018《空气净化器能效限定值及能效等级》中规定最高等级(>13)，符合高能效要求。

2.臭氧发生量：LED常开，闪光管工作频率：0.1Hz

如图14所示，连续测试24小时，臭氧峰值浓度小于24ppb，符合GB4076.45《家用和类似用途电器的安全：空气净化器的特殊要求》安规要求。

综上结构设置及结合测试结果，本发明的细微颗粒物污染源的捕集、杀灭及脱敏模组，通过合理地组合各个组件，对微生物和过敏原实现了以下方式的杀灭和脱敏作用：

1.捕集电极板间的高压电场抑制微生物新陈代谢电传导信号和微生物自放电效应。

2.UV-C深紫外线光源持续照射。

3.UV-A紫外线光源直接、传导、反射照射激发光催化材料产生的羟基自由基反应。

4.闪光管光源发出的瞬时强光源：

a)真空紫外波段产生的微量原子氧、臭氧；

b)UV-C波段的直接、反射照射；

c)UV-A波段的直接、传导、反射照射；

d)可见光～红外波段瞬时加热效应。

5.不同波长紫外光的组合使用，可以有效抑制微生物光修复进程，提升杀灭效率。

6.辉光等离子尖端放电产生的等离子体、负氧离子，放电针受电子轰击产生的银原子溅出形成的银离子。

以上组件、功能的有益组合，构成本发明的高能效细微颗粒物污染源捕集、杀灭及脱敏模组，可用于空气中细微颗粒物、悬浮微生物、过敏原的捕集、杀灭、脱敏净化。应用于室内空气净化、通风装置、可佩戴呼吸装置。同时，基于光催化作用、光强度闪光紫外波段，对甲醛、气态有机污染物(VOCs)、气味等，也具有良好的净化去除作用。

在不冲突的情况下，上述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，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实质和范围。

Claims (18)

1.一种细微颗粒物污染源的捕集、杀灭及脱敏模组，其特征在于，包括：

荷电组件，用于对经过的细微颗粒物污染源进行荷电；

静电颗粒物捕集器，用于对荷电的细微颗粒物污染源进行捕集，所述静电颗粒物捕集器包括至少两块相互平行的电极板，所述电极板的表面涂有光催化涂层，所述电极板为透明结构；部分所述电极板为高压电极板，另一部分所述电极板为低压电极板，所述高压电极板与低压电极板交错且间隔地设置，以形成具有高压电场的捕集通道，所述荷电组件位于所述捕集通道的进风口的前端；

发光组件，用于向所述电极板发射光；

检测组件，用于检测光线透过所述电极板后的光强度。

2.根据权利要求1所述的模组，其特征在于：

所述电极板包括依次层叠的包覆膜、电极和包覆膜，所述电极板的可见光透明度＞40％，所述电极的方阻为10E6～10E9Ω。

3.根据权利要求2所述的模组，其特征在于：

所述低压电极板的包覆膜开有微孔，使包覆膜对电极的包覆覆盖率为50％～99.99％。

4.根据权利要求2所述的模组，其特征在于：

所述电极为氧化铟电极、锑参杂的氧化锡电极、聚苯胺电极或聚噻吩电极中的一种或一种以上或一种以上的组合。

5.根据权利要求2所述的模组，其特征在于：

所述包覆膜为聚碳酸酯包覆膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆膜、丙烯晴-苯乙烯共聚物包覆膜、尼龙包覆膜、聚丙烯包覆膜、高硅硼玻璃包覆膜或石英玻璃包覆膜中的一种或一种以上的组合。

6.根据权利要求1所述的模组，其特征在于：

所述高压电极板与低压电极板之间的电场强度＞3MV/m。

7.根据权利要求1所述的模组，其特征在于：

所述电极板均联结有电阻，电阻值为10MΩ～1000MΩ。

8.根据权利要求1所述的模组，其特征在于：

所述光催化涂层的可见光透明度＞80％；

所述光催化涂层的光吸收截止波长为365～400nm。

9.根据权利要求8所述的模组，其特征在于：

所述光催化涂层为纳米二氧化钛涂层，粒径≤150nm；

所述光催化涂层的厚度<10μm。

10.根据权利要求1所述的模组，其特征在于：

所述荷电组件包括至少一个放电针以及与所述放电针相对应的诱导电极，所述放电针适于与高压电源的高压端联结，所述诱导电极适于与高压电源的低压端或接地端联结；

所述诱导电极为环形结构，所述环形结构的平面表面分布有对称的至少1个诱导曲线，所述放电针指向所述诱导电极的环形中心。

11.根据权利要求10所述的模组，其特征在于：

所述放电针与所述诱导电极的环形中心之间的距离为

之间，其中r为环形结构的最小半径。

12.根据权利要求10所述的模组，其特征在于：

所述放电针的长度与当量直径比值>15，当量直径<1mm，尖端曲率<100μm。

13.根据权利要求10所述的模组，其特征在于：

所述放电针联结有电阻，电阻值为10MΩ～1000MΩ。

14.根据权利要求10所述的模组，其特征在于：

所述荷电组件包括基板，所述基板设置有环形通孔，所述环形通孔至少边缘导电，所述环形通孔的边缘构成所述诱导电极。

15.根据权利要求10所述的模组，其特征在于：

所述放电针为镀银碳纤维放电针，或

所述放电针包括碳纤维和镀银线，所述碳纤维与镀银线之间通过树脂粘结。

16.根据权利要求1所述的模组，其特征在于：

所述发光组件包括深紫外线连续发光组件、紫外线发光二极管组件或气体放电闪光管组件中的一种或一种以上；

所述深紫外线连续发光组件包括深紫外线发光二极管及与其相连的驱动电路，或真空气体放电灯及与其相连的驱动电路，所述深紫外线连续发光组件的发光波长为180～280nm，表面辐照功率>0.01mW/cm²；

所述紫外线发光二极管组件包括紫外线发光二极管及与其相连的驱动电路，所述紫外线发光二极管组件的发光波长为320～400nm，表面辐照功率>1mW/cm²；

所述气体放电闪光管组件包括闪光管及与其相连的驱动电路，所述气体放电闪光管组件的发光波长组成中包含100～400nm波长成分，表面辐照功率>10mW/cm²。

17.根据权利要求1所述的模组，其特征在于：

所述检测组件包括光敏器件及与其相连的驱动电路，所述光敏器件的检测波长为可见光至红外光波长。

18.根据权利要求1所述的模组，其特征在于：

所述荷电组件包括用于构成诱导电极的金属导电基板，所述金属导电基板与所述静电颗粒物捕集器连接，所述发光组件安装在所述金属导电基板的结构上并朝向所述电极板发射光。

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