CN113479039A - 一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体放电等离子体生成技术领域，且公开了一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，包括盒体，盒体的左右两侧分别设有进风口和出风口，盒体上方固定安装有顶盒，顶盒下方盒盖上固定安装有电源模块，盒体下方通过铰链连接有底盖，盒体内部左侧固定安装有风扇模块，风扇模块的右侧活动安装有初效过滤网，初效过滤网的右侧活动安装有等离子体生成模块。该基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，通过接触式电极结构的设计，大大增加了作用区，具有更高的空气净化空间利用率，生成的等离子体具有良好的低温特性和较强的扩散能力，使得被处理气体与放电产生的等离子体的接触面积得到有效增加，能够很好地提高空气净化效率。

Description

一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器

技术领域

本发明涉及气体放电等离子体生成技术领域，具体为一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器。

背景技术

随着人们生活水平不断提高，许多人都购买了私人汽车，而且随着公共交通、道路客运的不断发展，人们在追求安全便捷出行的同时，对车内环境也提出了更高的要求。在私人汽车内空气污染物主要有甲醛、TVOC、苯系物等，它们来源于车内的各种塑料零件、地毯、装饰物、座椅；在公共交通和道路客运车辆的行驶过程中，也存在可吸入颗粒物及病毒、细菌、霉菌污染问题。车外空气中的扬尘，汽车尾气等气体污染物不可避免地会影响到车内空气，而车内空调极易滋生细菌、霉菌，并会随着空调的风吹出并污染整个车内空气，此外，由于车厢空间有限，人体呼吸系统排出的细菌、病毒等生物类污染物在人群中相互影响，特别是在流感等呼吸道传染病疫情发生时，交叉感染的风险大大增加。

而现有的空气净化技术，如过滤与吸附技术，采用的是简单的过滤技术，在净化器中装上石棉、合成纤维、玻璃纤维等过滤材料对空气进行过滤；通过检测发现，其对灰尘、烟雾、细菌有良好的净化效果；但是石棉、合成纤维等材料有致癌风险、不耐潮湿等问题，污染物分子等在吸附剂上的累积容易造成吸附剂失效，且存在二次污染的可能。

而等离子体空气净化技术中，电晕放电生成的等离子体存在放电电压高(数万伏)、等离子体生成密度低、处理效率和效果差的缺点；电弧放电等离子体因高温，高能耗等特征限制了其应用范围。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，具备低功耗、低臭氧，空气净化范围及效率大大提高等优点，解决车内空气质量较差威胁车内乘员健康的问题。

(二)技术方案

为实现上述低功耗、低臭氧，空气净化范围及效率大大提高的目的，本发明提供如下技术方案：一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，包括盒体，所述盒体的左右两侧分别设有进风口和出风口，所述盒体上方固定安装有顶盒，所述顶盒下方盒盖上固定安装有电源模块，所述盒体下方通过铰链连接有底盖，所述盒体内部左侧固定安装有风扇模块，所述风扇模块的右侧活动安装有初效过滤网，所述初效过滤网的右侧活动安装有等离子体生成模块，所述等离子生成模块的右侧活动安装有收集网，所述收集网的右侧活动安装有臭氧还原网。

优选的，所述等离子体生成模块包括PCB板、金属板、螺旋接触电极与隔板，所述PCB板相距一定距离平行放置构成空气流通的通道，所述金属板紧密贴合在PCB板表面，其中一块贴于通道上方PCB板的下表面，另一块贴于通道下方PCB板上表面，所述螺旋接触电极安装于两金属板之间，分上下两层交错布置，所述隔板安装于螺旋接触电极之间，所述PCB板、金属板、螺旋接触电极依次贴合，形成上侧放电电极，所述螺旋接触电极、金属板、PCB板依次贴合，形成下侧放电电极，所述上侧放电电极与下侧放电电极彼此平行相对放置。

优选的，所述螺旋接触电极包括高压电极与接地电极，所述高压电极为刚性体结构，所述接地电极为柔性体结构，接地电极以螺旋缠绕的方式贴附缠绕在刚性体结构的高压电极上，高压电极表面包裹有绝缘介质，高压电极与高压交流输出电路的高压端连接，电源系统接通后，高压电极与接地电极直接接触的区域发生表面放电，生成大量低温等离子体并扩散于电极整个表面。

优选的，所述初效过滤网为无纺布过滤材料。

优选的，所述隔板为绝缘材料。

优选的，所述金属板可采用铝、铜等材料；所述高压电极采用铜材料，所述接地电极采用碳纤维材料；所述绝缘介质均为聚四氟乙烯。

优选的，所述收集网为活性炭过滤网，所述臭氧还原网为蜂窝状多孔活性炭搭载臭氧分解催化剂。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，具备以下有益效果：

1、该基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，通过本装置螺旋接触电极采用非对称电极结构形成特殊的电场分布，在开放式的放电空间内，通过形成弯曲的电力线和梯度变化的非均匀电场，有效限制α过程中电子崩的发展，为空气中辉光放电的形成创造了条件，通过接触式电极结构的设计，构造具有强弱变化的空间电场，利用预放电为弱电场空间提供种子电子，实现了大气压空气中弥散的辉光放电，并且利用碳纤维等材料能够抑制二次电子放出的性质，形成单侧介质阻挡放电，并且利用微放电下的场致发射使放电容易实现的特点，采用具有微放电特征的电极起到降低放电电压的作用。

2、该基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，通过接触式电极结构的设计，大大增加了作用区，具有更高的空气净化空间利用率，生成的等离子体具有良好的低温特性和较强的扩散能力，使得被处理气体与放电产生的等离子体的接触面积得到有效增加，能够很好地提高空气净化效率，采用将螺旋电极紧密贴合与金属板之上，可以使等离子体沿金属板表面弥散开，增加等离子体作用区域，提高空气净化效率。

附图说明

图1为本发明主观结构示意图；

图2为本发明顶盒内部结构示意图；

图3为本发明盒体内部结构示意图；

图4为本发明实施例的等离子体发生模块结构示意图；

图5为本发明实施例的螺旋接触电极结构示意图。

图中：1顶盒、2盒体、3底盖、4电源模块、5风扇模块、6初效过滤网、7等离子体生成模块、8收集网、9臭氧还原网、10PCB板、11金属板、12螺旋接触电极、13隔板、14高压电极、15绝缘介质、16接地电极。

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做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。

请参阅图1-5，一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，包括盒体2，盒体2的左右两侧分别设有进风口和出风口，盒体2上方固定安装有顶盒1，顶盒1下方盒盖上固定安装有电源模块4，电源模块4具有高压输出电路，盒体2下方活动安装有底盖3，盒体2内部左侧固定安装有风扇模块5，风扇模块5的右侧活动安装有初效过滤网6，采用初效过滤网6可以滤除毛发、人体及动物皮屑、大颗粒物质等，防止此类污染物对后续模块造成破坏，初效过滤网6的右侧活动安装有等离子体生成模块7，电源模块4分别给风扇模块5和等离子体生成模块6供电，等离子生成模块7的右侧活动安装有收集网8，采用收集网8收集经等离子体处理过后的颗粒物与细菌残骸，只需要定期清洗部件即可防止二次污染，收集网8的右侧活动安装有臭氧还原网9，采用臭氧还原网可以降低由放电电极产生的作为等离子体派生物的臭氧的浓度，等离子体生成模块7包括PCB板10、金属板11、螺旋接触电极12与隔板13，PCB板10相距一定距离平行放置构成空气流通的通道，金属板11紧密贴合在PCB板10表面，其中一块贴于通道上方PCB板10的下表面，另一块贴于通道下方PCB板10上表面，螺旋接触电极12安装于两金属板11之间，分上下两层交错布置，隔板13安装于螺旋接触电极12之间，利用隔板改变空气进入等离子体区域后的流向，使空气可以与等离子体密切接触，提高空气净化效率，PCB板10、金属板11、螺旋接触电极12依次贴合，形成上侧放电电极，螺旋接触电极12、金属板11、PCB板10依次贴合，形成下侧放电电极，上侧放电电极与下侧放电电极彼此平行相对放置，螺旋接触电极12包括高压电极14与接地电极16，高压电极14为刚性体结构，接地电极16为柔性体结构，接地电极16以螺旋缠绕的方式贴附缠绕在刚性体结构的高压电极14上，高压电极14表面包裹有绝缘介质15，高压电极14与高压交流输出电路的高压端连接，电源系统接通后，高压电极14与接地电极(16)直接接触的区域发生表面放电，生成大量低温等离子体并扩散于电极整个表面。

如图1到图3所示，一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，顶盒1和盒体2通过隔板相互分离，隔板上有孔洞，方便电源引出接线给风扇模块5及等离子体生成模块7供电，盒体2左右两侧设有密集孔洞分别为进风口和出风口，盒体2和底盖3通过铰链连接，盒体2与底盖3能够闭合形成封闭内腔，亦能够打开放入或取出收集网8进行清洗更换。

如图4所示，等离子体生成模块7包括PCB板10、铝板11、螺旋接触电极12、隔板13，厚度为1mm的PCB板10相距6.5mm平行布置，铝板11的厚度为1mm，并将铝板11紧密贴合与PCB板10表面，螺旋接触电极12直径为3mm且分上下两层紧密贴合与铝板表面布置，上下相邻螺旋接触电极12中心相距12mm，同层相邻螺旋接触电极1中心相距24mm平行布置，每个螺旋接触电极12对侧的铝板11上安装有隔板13，每块隔板13相距最近的螺旋接触电极12中心水平距离为4mm，利用隔板13可以改变空气流通方向，增大空气与等离子体区域的接触面积，提高空气净化效率。

如图5所示，螺旋接触电极12包括高压电极14、绝缘介质15和接地电极16，高压电极14外部包裹有绝缘介质15，接地电极16呈螺旋状缠绕于绝缘介质15表面，高压电极14通过引线与高频高压交流电源的高压端相连，接地电极16通过引线与接地端相连，通电后，所有高压电极14与接地电极16的交界及其附近区域表面发生辉光放电，生成大量低温等离子体及活性粒子，在等离子体与活性粒子的作用下，被处理空气中含有的有机污染物、细菌、病毒等毒害物质会被有效清除，

本实施例中，螺旋接触电极12相连的是频率为6kHz、最大输出电压为3kV的高频高压电源，所述的绝缘介质采用聚四氟乙烯，所述的接地电极采用碳纤维，辉光放电等离子体具有均匀性良好，效率高，能耗低等优势，能有效实现空气净化，接触式电极结构及碳纤维电极材料能有效增强放电的均匀性，降低起始放电电压，并使附加生成的臭氧含量减少。

在使用时，当接通电源后，风扇模块1与等离子体生成模块7工作，等离子体生成模块7中生成大量的低温等离子体，包含各种活性粒子。外界空气在风扇模块1的作用下首先通过初效过滤网6过滤掉毛发，皮屑和大颗粒物质等，接着进入等离子体生成模块7，在隔板13的引导作用下与生成的等离子体充分反应，使空气中的有机污染物分解并杀死细菌病毒等有害物质，接着被处理后的空气通过收集网8过滤掉残留的微小颗粒物与细菌残骸，最后通过臭氧还原网9将空气中所含臭氧还原为氧气，从而达到空气净化目的。

综上所述，该基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，通过本装置螺旋接触电极采用非对称电极结构形成特殊的电场分布。在开放式的放电空间内，通过形成弯曲的电力线和梯度变化的非均匀电场，有效限制α过程中电子崩的发展，为空气中辉光放电的形成创造了条件。通过接触式电极结构的设计，构造具有强弱变化的空间电场，利用预放电为弱电场空间提供种子电子，实现了大气压空气中弥散的辉光放电。并且利用碳纤维等材料能够抑制二次电子放出的性质，形成单侧介质阻挡放电。并且利用微放电下的场致发射使放电容易实现的特点，采用具有微放电特征的电极起到降低放电电压的作用。

并且，接触式电极结构的设计，大大增加了作用区，具有更高的空气净化空间利用率；生成的等离子体具有良好的低温特性和较强的扩散能力，使得被处理气体与放电产生的等离子体的接触面积得到有效增加，能够很好地提高空气净化效率，采用将螺旋电极紧密贴合与金属板之上，可以使等离子体沿金属板表面弥散开，增加等离子体作用区域，提高空气净化效率。

大气压空气辉光放电的等离子体密度远高于电晕放电生成的等离子体密度，这可以保证空气净化器在杀灭病毒、除臭、分解有机污染物方面的可靠性，空气净化的范围及效率大大提高。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，包括盒体(2)，其特征在于：所述盒体(2)的左右两侧分别设有进风口和出风口，所述盒体(2)上方固定安装有顶盒(1)，所述顶盒(1)下方盒盖上固定安装有电源模块(4)，所述盒体(2)下方通过铰链连接有底盖(3)，所述盒体(2)内部左侧固定安装有风扇模块(5)，所述风扇模块(5)的右侧活动安装有初效过滤网(6)，所述初效过滤网(6)的右侧活动安装有等离子体生成模块(7)，所述等离子生成模块(7)的右侧活动安装有收集网(8)，所述收集网(8)的右侧活动安装有臭氧还原网(9)。

2.根据权利要求1所述的一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，其特征在于：所述等离子体生成模块(7)包括PCB板(10)、金属板(11)、螺旋接触电极(12)与隔板(13)，所述PCB板(10)相距一定距离平行放置构成空气流通的通道，所述金属板(11)紧密贴合在PCB板(10)表面，其中一块贴于通道上方PCB板(10)的下表面，另一块贴于通道下方PCB板(10)上表面，所述螺旋接触电极(12)安装于两金属板(11)之间，分上下两层交错布置，所述隔板(13)安装于螺旋接触电极(12)之间，所述PCB板(10)、金属板(11)、螺旋接触电极(12)依次贴合，形成上侧放电电极，所述螺旋接触电极(12)、金属板(11)、PCB板(10)依次贴合，形成下侧放电电极，所述上侧放电电极与下侧放电电极彼此平行相对放置。

3.根据权利要求1所述的一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，其特征在于：所述螺旋接触电极(12)包括高压电极(14)与接地电极(16)，所述高压电极(14)为刚性体结构，所述接地电极(16)为柔性体结构，接地电极(16)以螺旋缠绕的方式贴附缠绕在刚性体结构的高压电极(14)上，高压电极(14)表面包裹有绝缘介质(15)，高压电极(14)与高压交流输出电路的高压端连接，电源系统接通后，高压电极(14)与接地电极(16)直接接触的区域发生表面放电，生成大量低温等离子体并扩散于电极整个表面。

4.根据权利要求1所述的一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，其特征在于：所述初效过滤网(6)为无纺布过滤材料。

5.根据权利要求2所述的一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，其特征在于：所述隔板(13)为绝缘材料，所述金属板(11)可采用铝、铜等材料。

6.根据权利要求3所述的一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，其特征在于：所述高压电极(14)采用铜材料，所述接地电极(16)采用碳纤维材料，所述绝缘介质(15)均为聚四氟乙烯。

7.根据权利要求1所述的一种基于辉光放电等离子体的车载空气净化器，其特征在于：所述收集网(8)为活性炭过滤网，所述臭氧还原网(9)为蜂窝状多孔活性炭搭载臭氧分解催化剂。

Images