CN112844843A - 一种基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置，包括等离子体放电装置和与其连接的强电场收集装置；其中，等离子体放电装置包括旋转场电晕放电装置和空气弥散等离子体射流装置。旋转场电晕放电装置中设置至少1对电晕放电盘；电晕放电盘包括若干根第一电晕放电针和缠绕在相邻第一电晕放电针之间的若干层导电纤维丝。空气弥散等离子体射流装置包括至少1对射流阵列。本发明中旋转场电晕放电装置产生长寿命活性粒子能有效消杀细菌气溶胶，其将电晕放电针和导电纤维丝结合，加强了放电，提高了荷电效率。空气弥散等离子体射流装置产生短寿命高活性粒子和基团能有效消杀病毒气溶胶。

Description

一种基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置
技术领域
本发明属于空气净化技术领域，更具体地，涉及一种基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置。
背景技术
等离子体被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态，由阳离子、中性粒子、自由电子等多种不同性质的粒子所组成的电中性物质。等离子体按照热力学性质可分为两种，其一是高温等离子体，其二是低温等离子体。低温等离子体放电过程中虽然电子温度高，但离子和中性粒子等重粒子温度低，整个体系呈现低温状态接近室温。
利用低温等离子体可以杀灭空气中的细菌和病毒，但现有等离子体空气消毒净化器杀灭空气中细菌病毒的效率低，处理流动空气的最大风量有限，传统电晕放电装置原理是针对板放电，针尖和板之间距离小，放电区域小，等离子体产生区域有限，产生的等离子体浓度低与空气处理时间少，空气电离比例低，不能快速高效使病原微生物气溶胶均匀荷电，不能对细菌细胞壁和病毒衣壳产生实质破坏，对病原微生物气溶胶的杀灭能力有限。
并且，传统等离子体空气消毒净化器中的静电收集装置结构为沿纵向分布多块高压低压电极交替排列的收集极板，利用高低压电极之间的电压差，促使带电空气污染物在强电场的作用下运动轨迹发生改变，增大污染物和高低压电极的碰撞率和收集率，但空气流动在传统静电收集装置中近似层流，带电污染物受风力作用大，存在惯性，传统静电收集结构需要高电场梯度促使带电气溶胶运动轨迹发生偏转，保证带电气溶胶和收集极板发生碰撞，获得稳定的静电收集率，传统静电收集装置中高压电极极性多为一种，不利于带有相同电荷的病原微生物气溶胶吸附收集，仅适合于风速低风量小的场合，不能有效完全地收集吸附空气中带电病原微生物气溶胶。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置，其目的在于将电晕放电针和导电纤维丝结合，加强放电，提高荷电效率，由此解决现有技术不能有效完全地收集吸附空气中带电病原微生物气溶胶的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置，包括等离子体放电装置和与其连接的强电场收集装置；
其中，所述等离子体放电装置包括旋转场电晕放电装置和空气弥散等离子体射流装置，
所述旋转场电晕放电装置包括壳体、同轴固定在该壳体中的绝缘轴、设置在壳体中且沿绝缘轴的长度方向设置的至少1对电晕放电盘；所述电晕放电盘包括沿绝缘轴圆周方向设置的若干根第一电晕放电针和缠绕在相邻第一电晕放电针之间的若干层导电纤维丝，每对电晕放电盘中的2个电晕放电盘依次连接电源的正极和负极，所述壳体接地；
所述空气弥散等离子体射流装置为至少4个，该至少4个空气弥散等离子体射流装置绕所述壳体外壁均匀设置，每个所述空气弥散等离子体射流装置包括沿壳体的长度方向设置的至少1对射流阵列，所述射流阵列包括网状地电极、电极阵列和绝缘圆筒，该网状地电极固定在绝缘圆筒中，电极阵列为插在圆环形陶瓷底座上的若干个放电针，圆环形陶瓷底座固定在绝缘圆筒中，使得放电针面向网状地电极，每对射流阵列中的2个电极阵列依次连接处于正脉冲周期的纳秒脉冲电源和处于负脉冲周期的纳秒脉冲电源，网状地电极接地；
所述强电场收集装置包括用于收集带电污染物的收集板。
优选地，所述壳体与电机连接，通过电机驱动壳体绕绝缘轴转动；在壳体的空气进口端处设置圆锥形的导风锥，该导风锥与壳体同轴设置，且导风锥的直径越靠近壳体越大，该导风锥能够调节空气流量；优选地，所述绝缘轴的直径从壳体的空气进口端至空气出口端逐渐增大，所述绝缘轴通过两端的陶瓷支架与壳体连接，所述陶瓷支架与电晕放电盘之间的距离大于10mm。
优选地，所述若干根第一电晕放电针为至少6根电晕放电针，缠绕在相邻第一电晕放电针之间的所述若干层导电纤维丝为250-350层导电纤维丝，导电纤维丝的直径为5–10μm，导电纤维丝为碳纤维丝。
优选地，所述强电场收集装置包括依次串联设置的第一层流强电场收集组、W型湍流强电场收集组和第二层流强电场收集组；所述第一层流强电场收集组和所述第二层流强电场收集组中的收集板沿平行于绝缘轴的方向设置，所述W型湍流强电场收集组中的收集板倾斜设置，即可与绝缘轴成一定夹角设置。
优选地，所述第一层流强电场收集组包括纵向交替设置的第一电极和第三电极，所述第二层流强电场收集组包括纵向交替设置的第二电极和第三电极，其中，所述第一电极连接电源的正极，所述第二电极连接电源的负极；
所述W型湍流强电场收集组包括依次连接为W型的四段湍流强电场收集组，每段湍流强电场收集组之间通过绝缘盘连接，每段湍流强电场收集组包括纵向交替设置的湍流段电极和第三电极，属于同一湍流强电场收集组的湍流段电极连接电源的同一级，且四段湍流强电场收集组中的四组湍流段电极交替连接电源的正极和负极；所述第三电极接地。
优选地，所述装置还包括与所述强电场收集装置连接的脉冲荷电收集装置，该脉冲荷电收集装置包括依次设置的脉冲荷电装置和电场增强滤网装置，所述脉冲荷电装置包括若干根第二电晕放电针，所述电场增强滤网装置包括依次设置的第一金属丝网、滤网和第二金属丝网；第一金属丝网通过电源连接端连接处于正脉冲周期的脉冲电源，第二金属丝网接地，第二电晕放电针连接处于负脉冲周期的脉冲电源。
优选地，该脉冲荷电装置由快前沿陡脉冲电源驱动。
优选地，所述脉冲荷电装置包括荷电装置外壳，若干根第二电晕放电针设置在荷电装置外壳内壁上，并使得若干根第二电晕放电针的针尖朝向荷电装置外壳中心；该若干根第二电晕放电针为长度渐变的至少3圈，相邻两圈第二电晕放电针交错设置；所述电场增强滤网装置中滤网为HEPA滤网。
优选地，在所述电晕放电盘和电源之间设置限流装置，所述限流装置的阻值为1MΩ～20MΩ,优选地，所述电极阵列301b的长度为20mm～30mm，直径为0.3mm～1.5mm。
优选地，所述等离子体射流装置中电极阵列和电源之间设置限流装置，所述限流装置的阻值为1MΩ～20MΩ；优选地，所述电极阵列和网状地电极之间距离为3mm～13mm。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。
(1)本发明采用的旋转场电晕放电装置主要产生长寿命活性粒子如活性氧粒子、活性氮粒子和长寿面活性基团等氧化性的物质，能有效消杀细菌气溶胶。同时，与此同步地，本发明采用空气弥散等离子体射流装置主要产生短寿命高活性粒子和基团如过氧亚硝酸离子(ONOO-)、过亚硝酸(ONOOH)和单线态氧(1O2)等氧化性的物质，能有效消杀病毒气溶胶。能够有效完全地收集吸附空气中带电病原微生物气溶胶。
(2)本发明采用的旋转场电晕放电装置中设置了若干层导电纤维丝，第一电晕放电针产生圆锥状等离子体放电，大量碳纤维丝构成等离子体放电平面，将电晕放电针和导电纤维丝结合，加强了放电，提高了荷电效率。同时等离子体放电装置中壳体可旋转，增大等离子体和流动空气的接触面积和处理时间，使空气充分电离，产生大量自由电子和正负离子，在装置电场的作用下，通过针对板点电晕的扩散荷电和导电纤维丝线电晕的场致荷电，提高电子和正负离子与病原微生物气溶胶的碰撞率，促进病原微生物气溶胶均匀荷电，提高病原微生物气溶胶荷电量，有效加快细菌细胞壁结构发生生理变化，破坏病毒衣壳，解离病毒核酸结构，提高其对病原微生物气溶胶的消杀作用。同时，本发明中至少1对电晕放电盘中的2个电晕放电盘依次连接高压电源的正极和负极，即交替正极、负极驱动电晕放电，可实现不同极性带电病原微生物气溶胶碰撞，实现就地沉降收集，即在离子体放电装置中就有部分带正、负电的气溶胶碰撞沉降。
(3)本发明采用的旋转场电晕放电装置中设置了导风锥和从壳体的空气进口端至空气出口端直径逐渐增大的绝缘轴，导风锥和绝缘轴能有效引导空气流向，能最大限度地使得空气从等离子体放电区域通过，提升空气电离比例，增大装置中自由电子和正负离子浓度。
(4)本发明采用的空气弥散等离子体射流装置中通过高压电极阵列和网状地电极的配合设置，增大等离子体射流的弥散程度，覆盖整个空气流动区域，多组射流阵列充分利用装置体积，增加等离子体和病原微生物气溶胶处理时间，极大限度地提升了处理风量，装置内产生高浓度短寿命的活性粒子和基团如过氧亚硝酸离子(ONOO-)、过亚硝酸(ONOOH)和单线态氧(1O2)等氧化性极强的物质能迅速破坏病毒衣壳，高能电子和高浓度活性粒子基团加速了病毒衣壳膜蛋白失活变性和核酸结构的解离，有效提高病毒灭活速度和病毒死亡率。
(5)本发明采用的多极性交替强电场收集装置中设置了W型湍流强电场收集组，W型的四段湍流强电场收集组将层流空气改变为湍流，使得W型收集组结构设计能有效减少风力对带电病原微生物气溶胶的拖拽作用，降低强电场收集中对高压极板的电压要求，通过四段独立强电场收集组中高压电极极性正负交替排列，增大带有不同极性电荷气溶胶的收集吸附效率，有效提高大粒径(>0.5μm)病原微生物气溶胶的收集率。
(6)本发明采用的脉冲荷电收集装置中脉冲荷电装置包括多层次不同角度的点电晕放电针，多层次不同角度的设计有效提高病原微生物气溶胶的荷电量，快前沿陡脉冲的设计能提高等离子体放电功率，防止放电形式从电晕放电向不稳定的电弧放电转化，充分高效电离针尖周围的空气，同时正负脉冲交替的电极设计能充分产生带有正负电荷的病原微生物气溶胶，由于正负电荷之间电场力的作用，能提高不同极性带电病原微生物气溶胶碰撞率，实现就地沉降收集；电场增强滤网装置中正负脉冲和荷电装置中正负脉冲极性相反，降低带电病原微生物气溶胶通过电场增强滤网时的动能，降低其流动速度，提高不同极性带电病原微生物气溶胶收集率，有效提高小粒径(<0.5μm)病原微生物气溶胶的收集率。
(7)本发明中采用限流装置，避免电弧产生，确保放电稳定。且本发明提供的装置结构紧凑、简单，充分利用了装置的空间，适合高风速风量大的场合。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置中旋转场电晕放电装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置中空气弥散等离子体射流装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置中强电场收集装置的第一层流强电场收集组结构示意图；
图5是本发明实施例提供的基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置中强电场收集装置的W型湍流强电场收集组结构示意图；
图6是本发明实施例提供的基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置中强电场收集装置的第二层流强电场收集组结构示意图；
图7是本发明实施例提供的基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置中强电场收集装置的脉冲荷电装置结构示意图；
图8是本发明实施例提供的基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置中强电场收集装置的电场增强滤网装置结构示意图；
图9是本发明实施例提供的基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置中处理的粒子直径结果图；
图10是本发明实施例提供的基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置使用噬菌体消杀病毒的结果图；
图11是本发明实施例提供的基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置消杀细菌的结果图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1、等离子体放电装置；2、强电场收集装置；4、强电场收集装置；
11、旋转场电晕放电装置；12、空气弥散等离子体射流装置；101、壳体；102、绝缘轴；103、电晕放电盘；104、导风锥；103a、第一电晕放电针；103b、导电纤维丝；101a、空气进口端；101b、空气出口端；102a、陶瓷支架；201、第一层流强电场收集组；202、W型湍流强电场收集组；203、第二层流强电场收集组；201a、第一电极；203a、第二电极；204、第三电极；202a、湍流强电场收集组；202b、绝缘盘；202c、湍流段电极；301、射流阵列；301a、网状地电极；301b、电极阵列；301c、绝缘圆筒；301d、圆环形陶瓷底座；401、脉冲荷电装置；402、电场增强滤网装置；401a、第二电晕放电针；401b、荷电装置外壳；401c、不锈钢导电环；402a、第一金属丝网；402b、滤网；402c、第二金属丝网。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
低温等离子体中存在大量高能电子、正离子和活性基团，当高能电子接触到细菌细胞壁后，会在细菌细胞壁表面留下微小通孔，破坏细菌细胞壁结构，空气中活性基团和细菌细胞壁结合能产生一定浓度的超氧化物和过氧化物，这些活性物质加速细菌细胞壁解离，当带负电荷的电子和带正电荷的离子接触细菌表面后，与细菌细胞壁中众多带电基团相互作用诱导细胞壁结构发生生理变化，同时双极性离子之间的化学相互作用在细胞壁中产生羟基自由基，羟基自由基能有效破坏蛋白质和脂质，导致细菌细胞裂解死亡。除此之外，高能电子同样能对病毒膜蛋白结构造成破坏，低温等离子体中存在大量长寿命和短寿命的活性粒子和基团如过氧亚硝酸离子(ONOO-)、过亚硝酸(ONOOH)和单线态氧(1O2)等氧化性极强的物质，活性基团能充分破坏病毒蛋白质和核酸结构从而导致病毒失活。当外界空气从等离子体放电区域经过时，可以迅速杀灭空气中的细菌病毒。
基于上述原理，参见图1-图8，本发明实施例提供了一种基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置，包括等离子体放电装置1和与其连接的强电场收集装置2；
其中，所述等离子体放电装置1包括旋转场电晕放电装置11和空气弥散等离子体射流装置12，
所述旋转场电晕放电装置11包括壳体101、同轴固定在该壳体101中的绝缘轴102、设置在壳体101中且沿绝缘轴102的长度方向设置的至少1对电晕放电盘103；所述电晕放电盘103包括沿绝缘轴102圆周方向设置的若干根第一电晕放电针103a和缠绕在相邻第一电晕放电针103a之间的若干层导电纤维丝103b，每对电晕放电盘103中的2个电晕放电盘103依次通过电源连接端连接电源的正极和负极，所述壳体101接地；壳体101可以为不锈钢。
所述空气弥散等离子体射流装置12为至少4个，该至少4个空气弥散等离子体射流装置12绕所述壳体101外壁均匀设置，每个所述空气弥散等离子体射流装置12包括沿壳体101的长度方向设置的至少1对射流阵列301，所述射流阵列301包括网状地电极301a、电极阵列301b和绝缘圆筒301c，该网状地电极301a固定在绝缘圆筒301c中，电极阵列301b为插在圆环形陶瓷底座301d上的若干个放电针，圆环形陶瓷底座301d固定在绝缘圆筒301c中，使得放电针面向网状地电极301a，每对射流阵列301中的2个电极阵列301b依次连接处于正脉冲周期的纳秒脉冲电源和处于负脉冲周期的纳秒脉冲电源，网状地电极301a接地。该绝缘圆筒301c可以为聚乳酸圆筒。
所述强电场收集装置2包括用于收集带电污染物的收集板。
空气进入空气净化装置中时，首先会同时进入旋转场电晕放电装置11和空气弥散等离子体射流装置12，示例性地，可以在一个长方体顶面沿四周分布有四个圆形通孔，中心有一个圆形通孔，四周四个通孔中放置空气弥散等离子体射流装置12，中心一个圆形通孔中放置有旋转场电晕放电装置11。
需要说明的是，当旋转场电晕放电装置11中设置例如有3对电晕放电盘103时，该3对电晕放电盘103通过电源连接端连接高压电源的正极和负极的方式具体为，沿空气进入的方向，第一个电晕放电盘103连接电源的正极，第二个电晕放电盘103连接电源的负极，第三个电晕放电盘103连接电源的正极，第四个电晕放电盘103连接电源的负极，第五个电晕放电盘103连接电源的正极，第六个电晕放电盘103连接电源的负极。
在本发明实施例一种可行的方式中，所述壳体101与电机连接，通过电机驱动壳体101绕绝缘轴102转动，该电极可以为直流无刷旋转电机，其输出转速为100r/min～1000r/min。在壳体的空气进口端101a处设置圆锥形的导风锥104，该导风锥104与壳体101同轴设置，且导风锥104的直径越靠近壳体101越大，该导风锥104能够调节空气流量；优选地，所述绝缘轴102的直径从壳体的空气进口端101a至空气出口端101b逐渐增大，所述绝缘轴102通过两端的陶瓷支架102a与壳体101连接，所述陶瓷支架102a与电晕放电盘103之间的距离大于10mm，有利于空气和等离子体充分接触，促使病原微生物气溶胶均匀荷电，增大荷电量。该导风锥的设置有利于降低放电装置的风阻，并使空气从等离子体放电区域通过，提升空气电离比例，增大装置中自由电子和正负离子浓度。绝缘轴102材质可以为陶瓷。
其中，所述若干根第一电晕放电针103a为至少6根电晕放电针，缠绕在相邻第一电晕放电针103a之间的所述若干层导电纤维丝103b为250-350层导电纤维丝，导电纤维丝103b的直径为5–10μm，导电纤维丝103b为碳纤维丝，示例性地，由若干根第一电晕放电针103a和若干层导电纤维丝103b构成的电晕放电盘103为蜘蛛网状。每根碳纤维丝上产生圆柱状等离子体放电，多层碳纤维丝组成等离子体放电平面，使等离子体和流动空气充分作用。通过针对板点电晕和多层碳纤维丝线电晕相结合，增强放电强度，提高空气电离率，利用点电晕的扩散荷电和线电晕的场致荷电，提高病原微生物气溶胶荷电效率，在装置强电场作用下能就地收集病原微生物气溶胶，有效杀死空气中的细菌。
在本发明实施例一种可行的方式中，所述强电场收集装置2包括依次串联设置的第一层流强电场收集组201、W型湍流强电场收集组202和第二层流强电场收集组203；
所述第一层流强电场收集组201和所述第二层流强电场收集组203中的收集板沿平行于绝缘轴102的方向设置，所述W型湍流强电场收集组202中的收集板与绝缘轴102倾斜设置，即可成一定夹角设置。
具体地，所述第一层流强电场收集组201包括纵向交替设置的第一电极201a和第三电极204，所述第二层流强电场收集组203包括纵向交替设置的第二电极203a和第三电极204，其中，所述第一电极201a连接电源的正极，所述第二电极203a连接电源的负极；
所述W型湍流强电场收集组202包括依次连接为W型的四段湍流强电场收集组202a，每段湍流强电场收集组202a之间通过绝缘盘202b连接，每段湍流强电场收集组202包括纵向交替设置的湍流段电极202c和第三电极204，属于同一湍流强电场收集组202a的湍流段电极202c连接电源的同一级，且四段湍流强电场收集组202a中的四组湍流段电极202c交替连接电源的正极和负极；所述第三电极204接地。
需要说明的是，上文所述的纵向是指沿垂直于空气流动的方向，上述交替设置的第一电极201a和第三电极204、纵向交替设置的第二电极203a和第三电极204、纵向交替设置的湍流段电极202c和第三电极204之间的距离相等。强电场收集装置中正电源输入电压为5kV～10kV，负电源输入电压为-5kV～-10kV。
在本发明实施例一种可行的方式中，所述装置还包括与所述强电场收集装置2连接的脉冲荷电收集装置4，该脉冲荷电收集装置4包括依次设置的脉冲荷电装置401和电场增强滤网装置402，所述脉冲荷电装置401包括若干根第二电晕放电针401a，所述电场增强滤网装置402包括依次设置的第一金属丝网402a、滤网402b和第二金属丝网402c；第一金属丝网402a连接处于正脉冲周期的脉冲电源，第二金属丝网402c接地，第二电晕放电针401a连接处于负脉冲周期的脉冲电源。通过脉冲荷电收集装置4对空气中残存的病原微生物气溶胶进行二次收集，捕捉漏网之鱼。
其中，荷电收集装置中连接的脉冲电源正电压幅值为10kV～20kV，负电压幅值为-10kV～-20kV，该脉冲电源的占空比10％-30％。输入频率为50Hz～200Hz。该脉冲荷电装置中产生的是快前沿陡脉冲。电场增强滤网装置402的输入电压为-20kV～20kV，输入频率为50Hz～200Hz。电场增强滤网装置第一金属丝网和第二金属丝网之间的电场强度为2kV/cm～4kV/cm。该第一金属丝网和第二金属丝网可以为铁丝网。
具体地，所述脉冲荷电装置401包括荷电装置外壳401b，若干根第二电晕放电针401a设置在荷电装置外壳401b内壁上，并使得若干根第二电晕放电针401a的针尖朝向荷电装置外壳401b中心；该若干根第二电晕放电针401a为长度渐变的至少3圈，相邻两圈第二电晕放电针401a交错设置；每一圈第二电晕放电针401a通过荷电装置外壳401b上的不锈钢导电环401c连接，不锈钢导电环通过电源连接端连接正负脉冲电源。所述电场增强滤网装置402中滤网402b为HEPA滤网。
当不锈钢导电环401c处于脉冲电源正脉冲周期时候，第一金属丝网处于脉冲电源负脉冲周期，当不锈钢导电环401c处于脉冲电源负脉冲周期时候，第一金属丝网处于脉冲电源正脉冲周期。即前面的不锈钢导电环荷电装置，让粒子荷正电的时候，后面第一金属丝网处于负高压状态，不锈钢导电环荷电装置，让粒子荷负电的时候，后面第一金属丝网处于正高压状态。
另外，在所述电晕放电盘103和电源之间设置限流装置，所述限流装置的阻值为1MΩ～20MΩ,所述电极阵列301b的长度为20mm～30mm，直径为0.3mm～1.5mm。所述空气弥散等离子体射流装置12中电极阵列301b和电源之间设置限流装置，所述限流装置的阻值为1MΩ～20MΩ；优选地，所述电极阵列301b和网状地电极301a之间距离为3mm～13mm。限流装置有效避免针对板点电晕放电从电晕向电弧转化，防止装置击穿，维持放电稳定。示例性地，旋转场电晕放电装置1中正电源输入电压为5kV～15kV，负电源输入电压为-5kV～-15kV。空气弥散等离子体射流装置12中连接的纳秒脉冲电源正电压幅值为10kV～20kV，负电压幅值为-10kV～-20kV，该纳秒脉冲电源的占空比10％-30％。
参见图9-图11，对本发明实施例提供的空气净化装置进行测试，结果表明，本发明实施例提供的空气净化装置在高空气流速下的小粒径气溶胶(<0.5μm)净化效率达94％，而粒径谱仪的实测数据表明已知市场上高端空气净化器净化效率在60％左右，本发明实施例提供的空气净化装置相比市场上空气净化器小粒径净化效率提高34％。本发明实施例提供的空气净化装置细菌消杀比例为99.96％，病毒消杀比率为99.96％,相比市场上空气净化器细菌病毒消杀效率有显著提高。
本发明实施例提供的基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置的使用方法包括以下步骤：
1、启动风机使外界空气流动，进入空气净化装置中，同时进入旋转场电晕放电装置和空气弥散等离子体射流装置，然后依次经过强电场收集装置和脉冲荷电收集装置。
2、启动旋转场电晕放电装置和空气弥散等离子体射流装置，旋转场电晕放电装置中高压电极通过电源连接端交替接通正负高压电源，不锈钢壳体接地，电晕放电盘上电晕放电针对壳体放电，呈现圆锥状，相邻电晕放电针和针之间缠绕的多层丝状碳纤维对空气放电，每根碳纤维丝放电呈现圆柱状，多层丝状碳纤维放电呈现等离子体平面。空气弥散等离子体射流装置中高压电极依次连接处于正脉冲周期的纳秒脉冲电源和处于负脉冲周期的纳秒脉冲电源，网状地电极接地，空气射流产生高浓度弥散圆台状等离子体放电，覆盖整个空气流动区域。空气进入等离子体放电消杀装置中，使空气充分电离，均匀荷电，空气中活性基团含量提升，产生大量长寿命和短寿命的活性粒子，达到消杀病原微生物气溶胶的净化效果。
3、然后空气进入强电场收集装置，启动强电场收集装置，使两端层流强电场收集组中第一收集组高压电极接正高压电极，第二收集组高压电极接负高压，收集组中低压电极接地电极，W型湍流强电场收集组包括四段独立的强电场收集组，每一组包括多块收集极板，极板结构是沿纵向排列多块高低压极性交替的铜板，第一段收集组中高压电极通过电源连接端和正高压电源连接，第二段收集组中高压电极通过电源连接端和负高压电源连接，以此类推，四组强电场收集组中高压电极通过电源连接端和正负高压电源交替连接，每组之间利用绝缘盘连接，低压电极接地。相邻收集极板之间存在强电场，通过W型管道设计和正负高压电极交替的形式，能有效收集带正负电荷的病原微生物气溶胶，达到吸附固定病原微生物气溶胶的效果；
4、经过强电场收集装置后的空气进入荷电收集装置，启动脉冲荷电收集装置，使前端荷电装置中不锈钢导电环连接正负脉冲电源，后端电场增强滤网装置中高压铁丝网接正负脉冲电源，低压铁丝网接地电极，荷电装置包括多层次不同角度的点电晕放电针，多层次不同角度的设计有效提高病原微生物气溶胶的荷电量，快前沿陡脉冲的设计能提高等离子体放电功率，防止放电形式从电晕放电向不稳定的电弧放电转化，充分高效电离针尖周围的空气，同时正负脉冲交替的电极设计能充分产生带有正负电荷的病原微生物气溶胶，由于正负电荷之间电场力的作用，能提高不同极性带电病原微生物气溶胶碰撞率，实现就地沉降收集；电场增强滤网装置中正负脉冲和荷电装置中正负脉冲极性相反，当荷电装置电极处于正脉冲周期中时电场增强滤网装置中高压铁丝网处于负脉冲周期中，降低带电病原微生物气溶胶通过电场增强滤网时的动能，提高不同极性带电病原微生物气溶胶收集率，达到吸附固定病原微生物气溶胶的效果。
5、净化后的空气从装置的另一侧排出，空气净化结束。
本领域的技术人员容易理解，以上所述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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于等离子体消杀病原微生物气溶胶的空气净化装置，其特征在于，包括等离子体放电装置(1)和与其连接的强电场收集装置(2)；
其中，所述等离子体放电装置(1)包括旋转场电晕放电装置(11)和空气弥散等离子体射流装置(12)，
所述旋转场电晕放电装置(11)包括壳体(101)、同轴固定在该壳体(101)中的绝缘轴(102)、设置在壳体(101)中且沿绝缘轴(102)的长度方向设置的至少1对电晕放电盘(103)；所述电晕放电盘(103)包括沿绝缘轴(102)圆周方向设置的若干根第一电晕放电针(103a)和缠绕在相邻第一电晕放电针(103a)之间的若干层导电纤维丝(103b)，每对电晕放电盘(103)中的2个电晕放电盘(103)依次连接电源的正极和负极，所述壳体(101)接地；
所述空气弥散等离子体射流装置(12)为至少4个，该至少4个空气弥散等离子体射流装置(12)绕所述壳体(101)外壁均匀设置，每个所述空气弥散等离子体射流装置(12)包括沿壳体(101)的长度方向设置的至少1对射流阵列(301)，所述射流阵列(301)包括网状地电极(301a)、电极阵列(301b)和绝缘圆筒(301c)，该网状地电极(301a)固定在绝缘圆筒(301c)中，电极阵列(301b)为插在圆环形陶瓷底座(301d)上的若干个放电针，圆环形陶瓷底座(301d)固定在绝缘圆筒(301c)中，使得放电针面向网状地电极(301a)，每对射流阵列(301)中的2个电极阵列(301b)依次连接处于正脉冲周期的纳秒脉冲电源和处于负脉冲周期的纳秒脉冲电源，网状地电极(301a)接地；
所述强电场收集装置(2)包括用于收集带电污染物的收集板。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体(101)与电机连接，通过电机驱动壳体(101)绕绝缘轴(102)转动；在壳体的空气进口端(101a)处设置圆锥形的导风锥(104)，该导风锥(104)与壳体(101)同轴设置，且导风锥(104)的直径越靠近壳体(101)越大，该导风锥(104)能够调节空气流量；优选地，所述绝缘轴(102)的直径从壳体的空气进口端(101a)至空气出口端(101b)逐渐增大，所述绝缘轴(102)通过两端的陶瓷支架(102a)与壳体(101)连接，所述陶瓷支架(102a)与电晕放电盘(103)之间的距离大于10mm。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述若干根第一电晕放电针(103a)为至少6根电晕放电针，缠绕在相邻第一电晕放电针(103a)之间的所述若干层导电纤维丝(103b)为250-350层导电纤维丝，导电纤维丝(103b)的直径为5–10μm，导电纤维丝(103b)为碳纤维丝。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述强电场收集装置(2)包括依次串联设置的第一层流强电场收集组(201)、W型湍流强电场收集组(202)和第二层流强电场收集组(203)；
所述第一层流强电场收集组(201)和所述第二层流强电场收集组(203)中的收集板沿平行于绝缘轴(102)的方向设置，所述W型湍流强电场收集组(202)中的收集板倾斜设置。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一层流强电场收集组(201)包括纵向交替设置的第一电极(201a)和第三电极(204)，所述第二层流强电场收集组(203)包括纵向交替设置的第二电极(203a)和第三电极(204)，其中，所述第一电极(201a)连接电源的正极，所述第二电极(203a)连接电源的负极；
所述W型湍流强电场收集组(202)包括依次连接为W型的四段湍流强电场收集组(202a)，每段湍流强电场收集组(202a)之间通过绝缘盘(202b)连接，每段湍流强电场收集组(202)包括纵向交替设置的湍流段电极(202c)和第三电极(204)，属于同一湍流强电场收集组(202a)的湍流段电极(202c)连接电源的同一级，且四段湍流强电场收集组(202a)中的四组湍流段电极(202c)交替连接电源的正极和负极；
所述第三电极(204)接地。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述强电场收集装置(2)连接的脉冲荷电收集装置(4)，该脉冲荷电收集装置(4)包括依次设置的脉冲荷电装置(401)和电场增强滤网装置(402)，所述脉冲荷电装置(401)包括若干根第二电晕放电针(401a)，所述电场增强滤网装置(402)包括依次设置的第一金属丝网(402a)、滤网(402b)和第二金属丝网(402c)；第一金属丝网(402a)通过电源连接端连接处于正脉冲周期的脉冲电源，第二金属丝网(402c)接地，第二电晕放电针(401a)连接处于负脉冲周期的脉冲电源。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述脉冲荷电装置(401)包括荷电装置外壳(401b)，若干根第二电晕放电针(401a)设置在荷电装置外壳(401b)内壁上，并使得若干根第二电晕放电针(401a)的针尖朝向荷电装置外壳(401b)中心；该若干根第二电晕放电针(401a)为长度渐变的至少3圈，相邻两圈第二电晕放电针(401a)交错设置；所述电场增强滤网装置(402)中滤网(402b)为HEPA滤网。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述电晕放电盘(103)和电源之间设置限流装置，所述限流装置的阻值为1MΩ～20MΩ,优选地，所述电极阵列(301b)的长度为20mm～30mm，直径为0.3mm～1.5mm。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述等离子体射流装置(3)中电极阵列(301b)和电源之间设置限流装置，所述限流装置的阻值为1MΩ～20MΩ；优选地，所述电极阵列(301b)和网状地电极(301a)之间距离为3mm～13mm。
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