CN112912161A

CN112912161A - 新型等离子空气净化装置

Info

Publication number: CN112912161A
Application number: CN201980070456.6A
Authority: CN
Inventors: P·德利纳奇; S·留内尔
Original assignee: Einsberg Europe SA
Current assignee: Einsberg Europe SA
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2039-10-25
Also published as: WO2020084138A1; FR3087677A1; CN112912161B; JP2022505628A; EP3870342A1; JP7295945B2; FR3087677B1

Abstract

一种等离子空气净化装置，包括i)至少一个电源；ii)至少一个连接到电源的电离器(10)；iii)电离器下游的至少一个过滤器(40)；iv)电离器(10)下游的至少一个能够使臭氧分解的催化剂(50)和电离器(10)下游的至少一个过滤器(40)；和v)至少一个空气过压装置(1)，用于提供从电离器(10)到催化剂(50)的气流；其中，所述电离器(10)采用至少一个电晕等离子体电池(11)的形式，所述电晕等离子体电池(11)包括a)基本上呈针状的偏置电极(12)和b)与偏置电极(12)相对布置的接地电极(13)，其包括基本上以偏置电极(12)为中心的圆柱体(14)和垂直于偏置电极(12)的基本上平坦的多孔膜(15)，其中圆柱体(14)具有低轮廓，并且其中偏置电极(12)不进入圆柱体(14)，圆柱体(14)的直径值至少相当于其高度值的两倍。

Description

新型等离子空气净化装置

本国际申请要求2018年10月25日提交的法国专利申请FR18/71306的优先权，其通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及电晕放电等离子体发射领域，尤其涉及等离子空气净化装置领域。

背景技术

众所周知，使用电晕等离子体装置通过电晕放电产生等离子体和离子流。这种装置有利地允许产生等离子体，该等离子体用于使通过电离器的流体电离。这样的电离例如在诸如空气的流体处理领域中具有多种和互补的功能。

根据第一功能性，通过离子沉积，电离允许流体中包含的粒子带电。这样，带电粒子可有利地由静电过滤器保留，静电过滤器可放置在电离器的下游。根据另一功能，电离对致病性有机体，如病毒具有中和作用，这些病原体可能携带在流体中。根据另一功能，电离有利地产生有助于对机械过滤器(例如活性炭过滤器)进行净化的氧化化学物质，该机械过滤器可布置在装置下游。

已知的是，制造电晕等离子体装置时，使用具有偏置电极和与偏置电极相对布置的接地电极的电离器，并在这两个电极之间施加大约几千伏的明显电势差。这会产生等离子体以及产生离子放电的电晕放电。流体电离效应是通过产生流体循环来实现的，流体循环迫使流体通过等离子体。为了获得这样的等离子体，根据电晕效应，已知两种配置：根据称为点平面配置的第一配置，具有小曲率半径的偏置电极垂直于基本上平坦的接地电极布置；根据称为线柱配置的另一配置，在圆柱形接地电极中轴向布置有偏置电极。

专利FR2818451提出通过使用针状偏置电极和接地电极来组合这两种配置，接地电极包括基本上平坦的金属网，垂直于偏置电极布置，以及沿着偏置电极的整个长度围绕偏置电极的圆柱体。流体沿平行于偏置电极和圆柱体的重合轴的方向穿过电离器。

电晕等离子体装置在电离效率、所占体积的减小、空气净化效率或电能消耗等方面一直在寻求改进。

发明内容

本发明的主题是一种等离子空气净化装置，包括：

i)至少一个电源；

ii)至少一个与电源连接的电离器；

iii)电离器下游的至少一个过滤器；

iv)电离器下游的至少一个催化剂和电离器下游的至少一个过滤器，该催化剂能够分解臭氧；以及

v)至少一个空气过压装置，用于提供从电离器到催化剂的气流；

其特征在于，电离器采取至少一个电晕等离子体电池的形式，包括：

a)基本上呈针状的偏置电极，以及

b)接地电极，设置在偏置电极的对面，包括：

·基本上以偏置电极为中心的圆柱体，以及

·垂直于偏置电极的基本平坦的多孔膜，

其中，圆柱体具有低轮廓，并且偏置电极不进入圆柱体，圆柱体的直径的值对应于圆柱体的高度的值的至少两倍、优选至少3倍或5倍、尤其是至少10倍，以及

其中，多孔膜(15、25)相对于偏置电极(12、22)布置在圆柱体(14、24)的相对侧。

专利US5,474,600和专利申请EP2343090都描述了一种包括电离器的空气净化和过滤装置。现在，在这两个文件中，所考虑的电离器的结构都不包括电极对，其中偏置电极呈针状，接地电极呈多孔膜和薄型圆柱体，偏置电极不进入接地电极的圆柱体。

在根据本发明的装置中，选择根据本发明的装置的电源以便能够向电离器提供足以产生等离子体的电压。

至于电离器，其多孔膜相对于偏置电极布置在圆柱体的对面。优选由金属材料制成的多孔膜，其孔在0.1mm到500mm之间，优选在5mm到50mm之间，厚度在0.5mm到50mm之间，优选在1mm到5mm之间。现在，这种多孔膜采用金属网的形式，金属网可能有不同的形状(正方形、菱形等)。理想情况下，所讨论的金属网是膨胀金属板。

根据优选实施例，电离器包括至少一个双电晕等离子体构件，所述双电晕等离子体构件包括：

·第一偏置电极和第一接地电极，

·第二偏置电极和第二接地电极，

其中，第一偏置电极和第二偏置电极布置在同一支架的任一侧，并且其中第一接地电极和第二接地电极布置在同一支架的任一侧并且分别靠近所述第一偏置电极和所述第二偏置电极。

有利地，第一偏置电极和第二偏置电极连接到相同的第一电势，并且第一接地电极和第二接地电极连接到不同于第一电势的相同的第二电势。优选地，第一电势为负，第二电势接地。应注意的是，如果一个或多个偏置电极连接到负电势，则它们称为放电电极。

有利的是，第一偏置电极和第二偏置电极基本上是针状的，并且由连接到第一偏置电极、第二偏置电极和第一电势的导电支架支撑，该导电支架优选基本上是平坦的，且连接到第一偏置电极、第二偏置电极和第一电势。

理想情况下，第一偏置电极和第二偏置电极轴向对齐并且优选地为整体。

有利地，导电支撑件包括印刷电路，印刷电路包括连接到第一偏置电极、第二偏置电极和第一电势的至少一个导电轨道。优选地，两个偏置电极中的每一个布置在在所述至少一个导电轨道中钻出的金属化通孔中。该印刷电路板具有孔，优选地除了围绕所述至少一个导电轨道设置的窄条之外，整体都具有孔。

非热等离子空气处理系统产生的臭氧是一种很强的氧化剂，它能极大地提高等离子体处理后残余污染物的去除率，因而具有重要意义。现在，在这些治疗系统的出口处，大气中臭氧的存在对呼吸道产生了很大的压力，因此是存在问题的。因此，必须进行后续处理，以消除这些有毒副产品，特别是臭氧，其输出浓度可超过100ppm(v)(即0.2g/m³)。为此，集成了一种催化剂，该催化剂选自活性炭、沸石或氧化锰(MnO2)，并允许在室温下快速分解臭氧和氮氧化物。在当前情况下，优选使用蜂窝状基底形式的催化剂，例如铝，其涂有氧化锰。通常，这种蜂窝状基底至少应为10mm厚，以充分有效地中和臭氧。

对于位于电离器下游(但位于催化剂上游)的至少一个过滤器，其必须由能够承受电离器出口大量臭氧产生的高氧化性空气的材料制成。

优选地，过滤器将由诸如玻璃或陶瓷的矿物材料制成，并且尤其优选地，所述过滤器将是基于玻璃纤维的。为了有效，所述至少一个过滤器，尤其是玻璃纤维制成的，必须至少为10mm厚。

现在，除了其过滤功能之外，过滤器还有利地允许在电离器和催化剂之间限定氧化空间。在这个空间中，将捕获离开电离器的粒子，直到它们与臭氧反应至几乎完全降解。

为此，所述至少一个过滤器的高度小于或等于100mm，优选小于或等于200mm，尤其优选小于或等于300mm。

通常，过滤器可以包括至少两层的矿物材料(通常是玻璃纤维)的连续层的叠加，优选地至少三层或四层，并且特别优选为至少五层或六层的连续层。

这些层中的每一层将至少10mm厚，优选至少20mm厚，并且特别优选至少30mm厚。现在，每一层的厚度将小于50mm。

为了增加过滤/保留面积，这些层可以具有线性或V形轮廓。

至于空气超压装置，用于提供通过电离器然后通过过滤器到催化剂的气流，它可以采用风扇、涡轮的形式。优选地，这种空气超压装置是涡轮。

附图说明

从以下出于说明目的结合附图给出的详细描述中，本发明的其他特征，细节和优点将变得更加明显，其中：

-图1以示意图示出了根据本发明的空气净化装置的一个优选实施方式；

-图2以剖面图的形式示出了一个电离器，该电离器包括一个带有两个电池的双构件；

-图3以透视图的形式示出了等离子体反应器；

-图4以俯视图示出了支撑用于这种电离器的偏置电极的印刷电路。

具体实施方式

根据图1所示的第一方面，本发明涉及空气净化装置，其包括如图1所示的电离器(10)。这种装置包括空气过压装置(1)，该装置采用风扇(1)的形式，该风扇在装置中提供气流，气流首先进入电离器(10)，然后进入包括连续玻璃纤维层(41、42、43)的过滤器(40)，最后进入催化剂(50)，以便从输出流出物中去除臭氧。电离器包括连接在一起的两个反向电池，所述反向电池具有偏置电极(12、22)和接地电极(13、23)。第一偏置电极12和第二偏置电极22连接到相同的第一电势8，并且第一接地电极13和第二接地电极23连接到相同的第二电势9，第二电势9与第一电势8不同；这些电势都是在电源的端子处获得的。

第一和第二电势8、9的符号可以是任何符号。然而，众所周知，通过电晕效应获得的电离在偏置电极连接到负电势(之后称为放电电极)时更有效。另外，优选地，第一电势8为负，第二电势9接地。

图2和图3更详细地描述了该电离器10的优选结构。在这种优选结构中，电离器具有两个电池11、21，它们对称组装(以倒置的结构)。此外，电离器10具有第一电晕等离子体电池11和第二电晕等离子体电池21。第一电池11包括第一偏置电极12和与第一偏置电极12相对布置的第一接地电极13。第二电池21包括第二偏置电极22和与第二偏置电极22相对布置的第二接地电极23。

每个偏置电极12、22基本上是针状的，并且具有布置在其偏置电极12、22对面的接地电极13、23。每个接地电极13、23包括基本上以其偏置电极12、222为中心的圆柱体14、24和垂直于其各自偏置电极12、22的基本上平坦的多孔膜15、25。每个偏置电极12、21通常固定在支架16、26上，支架16、26有利地穿孔以允许流体流动。每个偏置电极12、22和每个接地电极13、23之间的距离由至少一个垫片17、27保持。

电池11、21的改进在于圆柱体14、24成形为具有低轮廓。这意味着气缸14、24的高度与其直径相比可以忽略不计。通常，圆柱体的直径在20到100mm之间，优选在25到75mm之间，例如在30到60mm之间，并且特别优选在35到55mm之间。至于圆柱体的厚度，其小于10mm，优选在1到5mm之间。此外，每个偏置电极12、22的形状足够短，以便不进入其圆柱体14、24。

相对于图2和图3，通过电离器10电离的流体流动基本上是垂直的。

这种电离器结构有许多不明显的优点。因此，电池11、21的倍增使得所获得的效率以及其寿命得到显著提高。实际上，电晕电池的有害影响是其偏置电极12、22沉淀介电晶体，通过逐渐绝缘所述偏置电极12、22，降低电池11、21的效率。通过使用两个电池而不是一个电池，反应器电离器10的寿命大大提高。由于第一电池11具有与第二电池21相反的方向，因此它们的电离效应相互结合并互补，从而增加了整体电离效应。同样有利地，相反的取向允许对两个电池11、21施加相同的偏振。定向和偏振的这两个特性结合在一起，有利地允许第一偏置电极12固定在第一支撑件16上，并且第二偏置电极22固定在第二支撑件26上。有利地，这两个支架16、26可以是单个公共支架36，偏置电极12、22分别由支架36的一个面支撑。这有利地允许，在第一偏置电极12和第二偏置电极22的极性相同(优选负)的情况下，公共连接器以及公共电势源用于极化所述两个偏置电极12、22。因此，这种结构特别经济和有利。因此，根据有利实施例，公共支架36可以是导电的，并且可以连接到第一偏置电极12、第二偏置电极22和第一电势8。

根据另一有利实施例，公共支架36包括印刷电路36，印刷电路36包括连接到第一偏置电极12、第二偏置电极22和第一电势8的至少一个导电轨道31。

电晕等离子体装置的极化需要在偏置电极和接地电极之间有一个相当大的电势差，这个电势差约为几千伏。此外，第一个电势8非常高，可能对操作员有害。根据本发明的配置有利地确保第一电势8限制在电离器10的中间。因此，第一高电势8是操作员无法触及的。

由于支架16、26是印刷电路36，第一电势8通过导电轨道31分布在支架内，有利地布置在所述印刷电路36中，根据另一特征，基本上呈针状的偏置电极12、22通过在印刷电路36上钻孔的通孔33有利地装配在支架16、26上。这有利地允许偏置电极12、22通过焊缝固定。有利地，使通孔33金属化并在导电轨道31中钻孔。钻孔可确保电连接。因此，以连接的方式将偏置电极12、22固定在通孔33中确保偏置电极12、22和第一电势8之间的连接。这提供了用于固定和连接偏置电极12、22的简单实施例。

布置在流体流上的印刷电路36有利地穿孔以允许该流体流通过。根据一个实施例，至少一个孔38是为此目的而制造的。为了最大限度地使流体通过，所述至少一个孔38可以覆盖印刷电路36的整个表面，除了围绕所述至少一个导电轨道31设置的至少一个窄条外。

图4中示出了用于根据本发明的装置中的电离器的印刷电路36的实施例，其描述了适于正方形网格布置的印刷电路36。该印刷电路36包括例如矩形导电轨道31的阵列。这些轨道有利地嵌入印刷电路36的绝缘厚度中。它们与第一电势8电连接。在基本上呈正方形的栅极布置中，钻通孔33，在其中安装偏置电极12、22、32。在印刷电路36中切割孔38，占据最大表面积以使流体流动部分最大化。这个最大的表面积仅仅是通过在轨道31周围保留一个窄条来限制的。以空间分布的方式提供孔39(有利地无电连接)，以允许有利地由绝缘材料制成的间隔件17、27、37固定。

Claims

1.一种等离子空气净化装置，包括：

i)至少一个电源；

ii)至少一个与电源相连的电离器(10)；

iii)电离器(10)下游的至少一个过滤器(40)；

iv)电离器(10)下游的至少一个催化剂(50)和电离器下游的至少一个过滤器(40)，该催化剂能够分解臭氧；以及

v)至少一个空气过压装置(1)，用于提供从电离器(10)到催化剂(50)的气流；

其特征在于，电离器(10)采用至少一个电晕等离子体电池(11、21)的形式，包括：

a)基本上呈针状的偏置电极(12、22)，以及

b)设置在偏置电极(12、22)对面的接地电极(13、23)，包括：

-基本上以偏置电极(12、22)为中心的圆柱体(14、24)，以及

-垂直于偏置电极(12、22)的基本上平坦的多孔膜(15、25)，

其中，所述圆柱体(14、24)具有低轮廓，并且所述偏置电极(12、22)不进入所述圆柱体(14、24)，并且所述圆柱体(14)的直径值对应于其高度值的至少两倍；以及

2.根据权利要求1所述的等离子空气净化装置，其特征在于，所述电离器(10)包括至少一个双电晕等离子体构件(11、21)，所述双电晕等离子体构件(11、21)具有：第一偏置电极(12)和第一接地电极(13)；第二偏置电极(22)和第二接地电极(23)，其中，所述第一偏置电极(12)和所述第二偏置电极(22)设置在同一支架(16、26)的任一侧，并且其中所述第一接地电极(13)和所述第二接地电极(23)设置在所述同一支架(16、26)的任一侧，分别)靠近第一偏置电极(12)和第二偏置电极(13)。

3.根据权利要求2所述的等离子空气净化装置，其特征在于，所述第一偏置电极(12)和所述第二偏置电极(22)连接到相同的第一电势(8)，所述第一接地电极(13)和所述第二接地电极(23)连接到相同的第二电势(9)，该第二电势(9)与第一电势(8)不同。

4.根据权利要求3所述的等离子空气净化装置，其特征在于，所述第一偏置电极(12)和所述第二偏置电极(22)基本上呈针状，并且由连接到所述第一偏置电极(12)、所述第二偏置电极(22)和所述第一电势(8)的导电支架支撑。

5.根据权利要求4所述的等离子空气净化装置，其特征在于，所述第一偏置电极(12)和所述第二偏置电极(22)轴向对准且一体。

6.根据权利要求5所述的等离子空气净化装置，其特征在于，所述导电支架包括印刷电路(36)，所述印刷电路(36)包括至少一个导电轨道(31)，所述导电轨道(31)连接到所述第一发射极电极(12)、所述第二发射极电极(22)和所述第一电势(8)。

7.根据权利要求6所述的等离子空气净化装置，其特征在于，所述两个偏置电极(12、22)中的每一个都布置在所述至少一个导电轨道(31)中钻有的金属化通孔(33)中。

8.根据权利要求7或8中任一权利要求所述的等离子空气净化装置，其特征在于，所述印刷电路(36)包括孔(38)，优选地，除了围绕所述至少一个导电轨道(31)设置的窄条之外，整体包括孔。

9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的等离子空气净化装置，其特征在于，所述至少一种催化剂(50)选自活性炭、沸石和氧化锰(MnO2)。

10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的等离子空气净化装置，其特征在于，位于所述电离器下游的所述至少一个过滤器(40)由使其能够承受由于在所述电离器(10)的出口处存在大量臭氧而产生的高氧化性气体的材料制成，最好是矿物材料，如玻璃或陶瓷。