CN111878920A - 一种高效空气消毒杀菌装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高效空气消毒杀菌装置，其特征在于：包括电源和等离子体发射装置；其中，所述等离子体发射装置包括由微纳米导电纤维簇排列形成的正离子释放器列阵和负离子释放器列阵，所述正离子释放器列阵连接所述电源正极，所述负离子释放器列阵连接所述电源的负极，所述正离子释放器列阵和所述负离子释放器列阵相对放置，所述正离子释放器列阵上的所述微纳米导电纤维簇的放电尖端指向所述负离子释放器列阵上的所述微纳米导电纤维簇的放电尖端。其中本发明的有益效果是：风阻小，无有害副产物，可与人共存，灭菌杀毒效率高，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及消毒杀菌领域，特别涉及一种高效空气消毒杀菌装置。
背景技术
目前，市场上的常见的等离子灭菌的相关产品多是采用介质阻挡放电方法(Dielectric Barrier Discharge，DBD)和针尖，锯齿，细丝电晕放电方法获得等离子体。例如专利GB2524009公开的一种采用DBD方法的等离子体空气净化装置。该方法的缺陷是产生的离子主要分布在放电电极的表面，空气和等离子场的有效反应容积小，杀菌效率低，且所需的电离能量较高，在产生等离子体及自由基的同时仍会释放臭氧、紫外线或氮氧化物等有害副产物。
采用针尖或锯齿放电电极的等离子发生器，仅在针尖附近的电晕区激发等离子体，范围较小，等离子体产量低，且放电尖端使用一段时间后会因溅射效应钝化，效率降低。为获得足够数量的正负离子，通常需要提高电压，既存在火花击穿的风险，又同样会释放臭氧、紫外线或氮氧化物等有害副产物。采用细丝电极的等离子发射器虽相较针尖、锯齿电极的效率更高，但细丝容易烧断，细丝结合平板的电极结构也易集尘，极难清洗。
如上所述，现有等离子体空气消毒技术中存在着会产生有害副产物以及离子浓度低、杀菌效率低、不易清洗等问题。国外以夏普等品牌为代表的等离子空气净化产品，通过将等离子体发射装置安装在出风口，使得正负离子向空间释放来净化空气。但是，相关研究表明，空气中的病菌暴露在等离子体环境中时，离子浓度越低，灭菌率越低，达到理想的灭菌效果需要的时间更长。显然释放到空气中的正负离子的浓度被大大的稀释，灭菌效率低，因而需要工作较长时间才能有效的全屋净化，增加了病菌传播的风险。
不仅如此，市面上的多数空气消毒净化装置采用数种净化技术联用的策略以达到最佳的实施效果，因此各级净化层累计产生的风阻会对整个设备的能耗及效率有显著的影响。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种高效空气消毒杀菌装置，本发明的技术方案是这样实施的：
一种高效空气消毒杀菌装置，包括电源和等离子体发射装置；其中，所述等离子体发射装置包括由微纳米导电纤维簇排列形成的正离子释放器列阵和负离子释放器列阵，所述正离子释放器列阵连接所述电源正极，所述负离子释放器列阵连接所述电源的负极，所述正离子释放器列阵和所述负离子释放器列阵相对放置，所述正离子释放器列阵上的所述微纳米导电纤维簇的放电尖端指向所述负离子释放器列阵上的所述微纳米导电纤维簇的放电尖端。
优选地，所述正离子释放器列阵和所述负离子释放器列阵之间的距离为40mm-1500mm。
优选地，所述等离子体发射装置还包括基座，所述微纳米导电纤维簇安装于所述基座上。
优选地，所述微纳米导电纤维簇材质选自为包括碳纤维、钨丝、掺杂碳纤维的聚丙烯或聚乙烯复合材料中的一种。
优选地，所述正离子释放器列阵和所述负离子释放器列阵的形状为矩形、圆形、弧形或折线形。
优选地，所述正离子释放器列阵和所述负离子释放器列阵上的所述微纳米导电纤维簇为2簇或2簇以上，采用阵列结构排列。
一种空气消毒设备，包括采用如权利要求1所述的一种高效空气消毒杀菌装置、通风管道和气流驱动装置；所述通风管道包括通风管道入口和通风管道出口，所述气流驱动装置位于所述通风管道入口或通风管道出口处，所述等离子体发射装置位于所述通风管道内，所述正离子释放器列阵位于所述通风管道内壁一侧，所述负离子释放器列阵位于所述通风管道内壁另一侧，所述正离子释放器列阵和所述负离子释放器列阵之间的连线垂直于所述通风管道。
优选地，所述等离子体发射装置的数量为1个或者1个以上。
优选地，所述通风管道形状为直线、曲线或折线。
优选地，还包括集成静电集尘装置、滤网型净化装置和化学反应灭菌装置；所述滤网型净化装置和所述化学反应灭菌装置均设置于所述通风管道内，所述集成静电集尘装置位于所述等离子发射装置下风口一侧与所述等离子体发射装置联合使用。
实施本发明的技术方案可解决现有技术中会产生臭氧等有害副产物、不能与人共存、离子浓度低、杀菌能力不足的问题，也解决现有设备中灭菌时间长、效率低，设备空气阻力大的技术问题；实施本发明的技术方案，可实现快速杀菌、改善空气质量、防止二次污染和避免有害副产物的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
图1为实施例1的结构示意图；
图2为等离子体发射装置工作示意图；
图3为两极间高压放电曲线图；
图4为实施例2的微纳米导电纤维簇排列示意图；
图5为柜式空调等离子体发射装置安装结构示意图；
图6为交错式矩阵排列结构；
图7为实施例3的结构示意图；
图8为两个等离子体发射装置在通风管道的一种安装结构示意图；
图9为实施例4的结构示意图。
在上述附图中，各图号标记分别表示：
1，电源
2，等离子体发射装置
2-1，正离子释放器列阵 2-2，负离子释放器列阵 2-3，微纳米导电纤维簇 2-4，基座
3，通风管道
3-1，通风管道入口 3-2，通风管道出口
4，气流驱动装置
5，滤网型净化装置
6，化学反应灭菌装置
7，集成静电集尘装置
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
在一种具体的实施例1中，如图1和图2所示，一种高效空气消毒杀菌装置，包括电源1和等离子体发射装置2；其中，等离子体发射装置2包括由微纳米导电纤维簇2-3排列形成的正离子释放器列阵2-1和负离子释放器列阵2-2，正离子释放器列阵2-1连接电源1正极，负离子释放器列阵2-3连接电源1的负极，正离子释放器列阵2-1和负离子释放器列阵2-2相对放置，正离子释放器列阵2-1上的微纳米导电纤维簇2-3的放电尖端指向负离子释放器列阵2-2上的微纳米导电纤维簇2-3的放电尖端。
在本实施例中，正离子释放器列阵2-1和负离子释放器列阵2-2接通电源1后，位于其上的微纳米导电纤维簇2-3放出正负两种离子，如图3所示，高压静电放电曲线可看到，在电极间的电压从零开始逐渐增大的初期阶段，产生的电流较小。当外加电压接近并超过阈值Vs——即电晕放电的起始电压时，电极间的电流增大，开始电晕放电。随后若继续增大电压至击穿电压Vr时，电晕放电会过渡到火花放电形式2。为了获得足够的离子浓度且避免火花放电的形成，DBD及尖端放电方法均是在高于起始电压但不超过击穿电压的条件下工作，但实际上气体在电晕放电的电压下电离就有机会形成紫外线、臭氧及氮氧化物等副产物。
而采用本实施例的微纳米导电纤维簇2-3，微纳米纤维的直径为10纳米至100微米不等，每个微纳米导电纤维簇2-3上的微纳米纤维数量为1000-100000不等，即1000-100000数量不等的放电尖端，在同等电压下产生离子的效率远超单根针尖电极或DBD平板电极。本实施例的微纳米导电纤维簇2-3通过电源1进行放电，电源1可以是高压恒流电源，为能有效的激发等离子体，电压可设置为高于2000伏。微纳米导电纤维簇2-3通过过量的纤维放电，可保证足够的放电通道，使得电源1工作在恒流模式，从而保持离子浓度的稳定，实现在电晕放电阈值下稳定地释放高浓度的等离子体，杜绝了电压过高产生有害副产物的可能性，细菌消杀更加环保安全。大量的正负离子产生于微纳米导电纤维簇2-3放电尖端附近区域，在库仑力的作用下向异性电极方向运动，分布在正离子释放器列阵2-1和负离子释放器列阵2-2之间，形成高浓度的等离子体的区域，该区域为灭活区，空气中的病菌进入该区域被迅速消灭。
而常规的技术或者离子浓度过小，或者等离子灭活区过小，无法高效地对细菌、病毒等微生物进行消杀。而对于通过风机或其他装置将离子吹入空间来进行细菌等微生物的消杀的技术方式，由于离子在空间中的存在时间比较短，限制了细菌消杀的效果。而本实施例灭活区离子浓度很高，在高浓度的等离子体的区域内即可完成细菌消杀。本实施例可以放入某些设备或车间的入风口。
本实施例，消杀细菌速度快，效果好，无需耗材，耐火防水，连续运行不会影响除菌效果，可在各种工况下长期使用，维护方便，清洗容易。
在一种优选的实施方式中，正离子释放器列阵2-1和负离子释放器列阵2-2之间的距离为40mm-1500mm。
在现有技术中等离子消杀装置多采用电晕放电的方式获得等离子体，电晕放电区局限在电极附近，离开电极离子浓度迅速降低，为扩大电晕放电区与空气的接触面积，现有技术多数采用在垂直风道的立面或者风道中间排布电极的方式提高灭菌效果，如垂直风道放置网状电极和细丝-蜂窝状电极，以及在风道中间放置管状电极。这类方式均会产生很大的风阻，同时安装和后期维护难度高。
而本实施例采用多个微纳米导电纤维簇2-3作为放电电极，可固定在风道内侧管壁上，产生的离子浓度高，在库仑力的作用下分布在正离子释放器列阵2-1与负离子释放器列阵2-2之间并扩散至整个风道内部空间，等离子体在不产生风阻的情况下即可和空气充分接触，实现最佳的灭菌效果。
本实施例优选的距离为40mm-1.5m，在这个距离区间内，风阻很小，正负离子可以随着气流很好的扩散，灭活区的范围随着气流运动而扩大，进一步增强了细菌消杀效果，且气流带着正负离子进入室内空间，可以再一次对室内空间进行主动消毒杀菌。
本实施例的装置可以单独使用，也可以放入其他装置中使用，当该实施例运用于空调中，根据国家规定，空调表冷器的风量为2.5m/s-3m/s，可以根据风量大小来选择正离子释放器列阵2-1和负离子释放器列阵2-2的距离，具有很好的适应性。
实施例2
在一种优选的实施例2中，如图4所示，等离子体发射装置2还包括基座2-4，微纳米导电纤维簇2-3安装于基座2-4上。
在本实施方式中，基座2-4的作用是固定微纳米导电纤维簇2-3，并且提高电流的稳定性，在提高本实施例安装维修的便利性同时具备稳定性，进一步防止产生臭氧等副产物。
在一种优选的实施方式中，微纳米导电纤维簇2-3材质选自为包括碳纤维、钨丝、掺杂碳纤维的聚丙烯或聚乙烯复合材料中的一种。
该实施方式优选了一些效果较好的微纳米导电纤维簇2-3的选材，但本专利并不限于这些选材，也可以采用其他材质。
在一种优选的实施方式中，正离子释放器列阵2-1和负离子释放器列阵2-2的形状为正方形、弧形或折线形。
本实施例的装置可以直接使用，也可以与其他设备联用或安装入其他设备中，正离子释放器列阵2-1和负离子释放器列阵2-2的形状可以进行调整，以满足不同情况下的需求。
如图5所示，在柜式空调中，进风口的形状为圆型，此时正离子释放器列阵2-1和负离子释放器列阵2-2的形状可为弧形，安装到进风口处，细菌消杀效果很好。本实施例已投入生产使用。
在一种优选的实施方式中，正离子释放器列阵2-1和负离子释放器列阵2-2上的微纳米导电纤维簇2-3为2簇或2簇以上，采用阵列结构排列。
在一种优选的实施方式中，如图6所示，正离子释放器列阵2-1和负离子释放器列阵2-2上的微纳米导电纤维簇2-3为2排或2排以上，采用交错式矩阵阵列结构排列，提高了等离子体发射装置2产生离子的效率，交错排列的目的是使空气气流与灭活区更加充分的接触，提高灭菌效果。
实施例3
在一种具体的实施例3中，如图7所示，一种空气消毒设备，包括采用如权利要求1的一种高效空气消毒杀菌装置、通风管道3和气流驱动装置4；通风管道3包括通风管道入口3-1和通风管道出口3-2，气流驱动装置4位于通风管道入口3-1处，等离子体发射装置2位于通风管道3内，正离子释放器列阵2-1位于通风管道3内壁一侧，负离子释放器列阵2-2位于通风管道3内壁另一侧，正离子释放器列阵2-1和负离子释放器列阵2-2之间的连线垂直于通风管道3。
在本实施例中，气流驱动装置4可由一个或多个风机组成，放置于通风管道入口3-1处或通风管道出口3-2处，在气流驱动装置4的作用下，空气从通风管道入口3-1进入，从通风管道出口3-2流出。工作时，正离子释放器列阵2-1和负离子释放器列阵2-2相对固定在通风管道3内壁两侧，平行于气流方向，微纳米导电纤维簇2-3放电尖端指向通风管道3，且垂直气流方向，接通电源1后，正离子释放器列阵2-1和负离子释放器列阵2-2之间形成具有高浓度等离子体的灭活区，空气气流穿过灭活区，在高浓度等离子场的作用下，病菌因此暴露在高浓度的正负离子及抗菌基团下并被迅速消灭。调节风机的转速可以控制单位时间内通过通风管道3的风量。在不同大小的待净化空间工作时，风扇工作转速应使得整个空间的空气换气次数达到该环境下的最低标准。气流经过灭活区后往通风管道出口3-2流动，也会带动灭活区内的高浓度等离子体流动，没有提前复合且没有被捕获的正负离子，会随着气流流出通风管道3并扩散到整个室内空间，在通过高浓度的等离子体灭活区杀菌之后，扩散的正负离子主动对室内空间再一次杀菌消毒。由于灭活区中只有带电粒子存在而没有其他障碍物，空气通过灭活区不会碰到额外的阻碍，即等离子体发射装置2产生的空气阻力远远小于同类产品，在使用同样风机的情况下能提供更多的风量，高效节能，非常适合通风风量大，换气次数多的人员密集场所，如公共交通、医院、学校和商场等。等离子体发射装置2安装于通风管道3内，又抑制了通风管道3内的霉菌真菌的形成，防止二次污染。
在一种优选的实施方式中，等离子体发射装置2的数量为1个或一个以上。
如图8所示，2个等离子体发射装置2可放置在通风管道3四个棱边上。也可用多组等离子体发射装置2串联或分散放置在通风管道3内壁。当本实施例用于大型建筑时，由于通风管道3很长，简单的一个等离子体发射装置2不能满足空气细菌的消杀需求，可以设置多组等离子体发射装置2，不仅可以有效的对建筑内的空气进行净化，还可以有效抑制大型建筑通风管道3内的霉菌真菌的形成，防止二次污染。也可根据实际情况需要进行添加等离子体发射装置2来提高消杀作用。
在一种优选的实施方式中，通风管道3形状为直线、曲线或折线。
通风管道3的尺寸由设备的应用场景及需要净化区域的大小来决定，通风管道3的结构可设计为多种形式以兼容不同的安装环境。由于存在多组等离子体发射装置2，通风管道3内的离子浓度很高，会抑制各类霉菌真菌在此环境下生长，杜绝空调及通风系统造成的二次污染，减轻通风系统的维护负担。此外，通过改变通风管道3的结构亦可控制空气在通风管道3内部的运动轨迹和停留时间，从而获得期望的灭菌净化效果，例如不同的通风管道3设计可使空气在通风管道3内的流通路线为直线，也可以为折线。任何对通风管道3的修改都在本专利的实施范围内。
实施例4
在一种优选的实施例4中，如图9所示，还包括滤网型净化装置5、化学反应灭菌装置6和集成静电集尘装置7中的一种或者多种，可以根据实际需要或情况进行选择；滤网型净化装置5和化学反应灭菌装置6均设置于通风管道3内，集成滤网净化装置5可设置于通风管道入口3-1处或通风管道出口3-2处，集成静电集尘装置7位于等离子体发射装置2下风口一侧与等离子体发射装置1联合使用。
本实施例提高了空气消毒杀菌的效果，在通风管道3内加入了滤网型净化装置5和化学反应灭菌装置6，集合多种灭菌机理，通过多种杀菌方式联合使用提高灭菌效果。也可根据需要添加其他灭菌装置，集成静电集尘装置7用于收集在等离子体发射装置2消杀后的病菌防止进入空气中。。
实施本发明的技术方案可解决现有技术中会产生有害副产物、离子浓度低、杀菌能力不足的问题，也解决现有设备中灭菌时间长、效率低，设备空气阻力大的技术问题；实施本发明的技术方案，可实现快速杀菌、改善空气质量、防止二次污染和避免有害副产物的技术效果。
需要指出的是，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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 (10)
1.一种高效空气消毒杀菌装置，其特征在于：包括电源和等离子体发射装置；其中，所述等离子体发射装置包括由微纳米导电纤维簇排列形成的正离子释放器列阵和负离子释放器列阵，所述正离子释放器列阵连接所述电源正极，所述负离子释放器列阵连接所述电源的负极，所述正离子释放器列阵和所述负离子释放器列阵相对放置，所述正离子释放器列阵上的所述微纳米导电纤维簇的放电尖端指向所述负离子释放器列阵上的所述微纳米导电纤维簇的放电尖端。
2.根据权利要求1所述的一种高效空气消毒杀菌装置，其特征在于：所述正离子释放器列阵和所述负离子释放器列阵之间的距离为40mm-1500mm。
3.根据权利要求1所述的一种高效空气消毒杀菌装置，其特征在于：所述等离子体发射装置还包括基座；所述微纳米导电纤维簇安装于所述基座上。
4.根据权利要求1所述的一种高效空气消毒杀菌装置，其特征在于：所述微纳米导电纤维簇材质选自为包括碳纤维、钨丝、掺杂碳纤维的聚丙烯或聚乙烯复合材料中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种高效空气消毒杀菌装置，其特征在于：所述正离子释放器列阵和所述负离子释放器列阵的形状为矩形、圆形、弧形或折线形。
6.根据权利要求3所述的一种高效空气消毒杀菌装置，其特征在于：所述正离子释放器列阵和所述负离子释放器列阵上的所述微纳米导电纤维簇为2簇或2簇以上，采用阵列结构排列。
7.一种空气消毒设备，其特征在于：包括采用如权利要求1所述的一种高效空气消毒杀菌装置、通风管道和气流驱动装置；所述通风管道包括通风管道入口和通风管道出口，所述气流驱动装置位于所述通风管道入口或所述通风管道出口处，所述等离子体发射装置位于所述通风管道内，所述正离子释放器列阵位于所述通风管道内壁一侧，所述负离子释放器列阵位于所述通风管道内壁另一侧，所述正离子释放器列阵和所述负离子释放器列阵之间的连线垂直于所述通风管道。
8.根据权利要求7所述的一种空气消毒设备，其特征在于：所述等离子体发射装置的数量为1个或者1个以上。
9.根据权利要求8所述的一种空气消毒设备，其特征在于：所述通风管道形状为直线、曲线或折线。
10.根据权利要求7所述的一种空气消毒设备，其特征在于：还包括集成静电集尘装置、滤网型净化装置和化学反应灭菌装置；所述滤网型净化装置和所述化学反应灭菌装置均设置于所述通风管道内，所述集成静电集尘装置位于所述等离子发射装置下风口一侧与所述等离子体发射装置联合使用。
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