CN203810560U - 基于低温等离子体的室内空气净化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于低温等离子体的室内空气净化装置，包括锥形槽、反应器、电源；锥形槽的外壁形状为圆柱体，锥形槽的内腔为倒圆锥体形状的反应器；锥形槽的外壁上均匀设有进气孔，锥形槽内外壁之间设有除尘室，除尘室内部设有微孔滤网，除尘室底部设有吸气孔；反应器包括自下而上重叠排列的气泵室、集气室、反应室、臭氧分解室、填料层和薄水层，气泵室、集气室、反应室、臭氧分解室、填料层之间用隔板分隔为独立的空间。本实用新型实现了室内空气体的多级除尘；气体经反应室净化后，室内自然漂浮的细菌、可吸入颗粒物(粉尘、烟尘等)、甲醛和挥发性有机物等的净化效率(CADR)可达90％以上，大幅度改善了室内空气质量。

Description

基于低温等离子体的室内空气净化装置

技术领域

本实用新型涉及室内空气净化技术领域，尤其涉及一种基于低温等离子体的室内空气净化装置。

背景技术

近年来，室内环境污染对人体健康的影响越来越受到人们的关注。室内许多污染源都能释放挥发性有机化合物(VOCs)、NOx、O₃等对人体健康产生副作用的物质。其中，VOCs是主要的室内污染物之一。通常情况下，办公用品、绝缘材料、家具、清洗剂、空气清新剂、溶剂、维修产品、压木等会释放出VOCs。除此之外，烟草烟雾也会增加空气中的VOCs的量。VOCs能够对人体造成各种不良的健康影响，如：过敏反应，头痛，眼睛、鼻子和喉咙发炎，干咳，头晕恶心，注意力减退，疲劳甚至致癌。

室内VOCs的传统处理方法主要包括活性炭吸附、催化燃烧、光催化等。然而，它们在室内VOCs净化方面却存在着不同程度的缺陷。对于吸附法而言，为了保证连续运行，吸附剂必须进行周期性更换或再生。而且，吸附剂的回收利用消耗能量，而进行处置又会造成其他的环境问题。催化氧化是一种能够有效去除VOCs的技术。但是，室内VOCs的浓度较低(大致处于1-1000ppm的范围)，所以，为了能达到催化剂工作的温度，需要对气流进行大幅度的加热。光催化工艺常采用紫外光照射TiO₂的方法。单纯的纳米二氧化钛光催化降解工艺仍然存在着一些缺陷：1)电子与空穴具有较高的再结合率；2)吸附波段较窄，部分在紫外光段；3)光量子的效率较低。此外，光催化材料的制备较为困难，这也同样限制了光催化的应用。

低温等离子体(NTP)技术能有效控制空气中的污染物，所以将这种技术应用于室内空气中低浓度水平VOCs的降解也引起了人们的关注。低温等离子体可以由交流电、直流电或脉冲高压放电产生，它具有高能电子、激发态粒子、其他的活性粒子和强氧化性的O、OH、OH₂等自由基。在低温等离子体中电子的平均能量比其他的气态粒子高得多。通常情况下，污染物的浓度较低，所以高能电子与O₂、N₂等背景气体分子发生碰撞的几率要远大于和污染物分子的碰撞几率。碰撞过程中，产生了离子、自由基、亚稳态粒子及中性原子等活性粒子，在有机化合物转化为二氧化碳、水等物质的过程中，发生了一系列的反应。在干燥环境中，电子的碰撞离解和离子化是主要的降解途径，而在潮湿环境中，除了上述的两个途径外还有电子的附着效应。与此同时，产生的紫外光还起到杀菌的作用。

许多研究已经表明：NTP技术在净化室内空气方面具有较好的应用前景。因此，许多诸如电子束、介质阻挡放电、电晕放电等应用低温等离子体来降解VOCs的技术便应运而生。与上述传统处理技术相比，NTP技术具有高化学活性，反应迅速，转化率高，操作成本低等优点，因此是一种富有前景的VOCs处理技术。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于低温等离子体的室内空气净化装置。其针对室内空气污染常规净化技术所存在的种种弊端，提供一种能够快速、高效、经济的室内空气净化系统，以期达到高效净化、有效富氧的目的。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：基于低温等离子体的室内空气净化装置，包括锥形槽、反应器、电源；

锥形槽的外壁形状为圆柱体并包括倒圆锥体形状的内腔；锥形槽的外壁上均匀设有进气孔，锥形槽内外壁之间设有除尘室，除尘室内部设有微孔滤网，除尘室底部设有吸气孔；

反应器具有与锥形槽的内腔相适配的外形并可装入内腔；反应器包括自下而上重叠排列的气泵室、集气室、反应室、臭氧分解室、填料层和薄水层，气泵室、集气室、反应室、臭氧分解室、填料层之间用隔板分隔为单独的空间；

气泵室内设有微型气泵，微型气泵的吸气口设有过滤罩并伸出到集气室，微型气泵的排气口与反应室连通；

反应室设有由针电极和板电极构成的针板式反应器，电源的正极与针电极连接，电源的负极与板电极连接；反应室顶部设有输出净化空气的排气口；

臭氧分解室内置臭氧分解催化剂；臭氧分解室与反应室通过放空管连通；

臭氧分解室顶部设有与填料层连通的排气孔，填料层的上层设有薄水层。

作为优选，臭氧分解催化剂采用粒径Φ2～5mm的微孔活性炭负载锰铁催化剂。

作为优选，填料层由粒径Φ5～10mm的砂石粒料组成。

作为优选，薄水层的厚度为20mm。

作为优选，电源为高频高压电源，高频高压电源产生的电流频率为5～35kHz，功率为20～100W；高频高压电源的正负极分别与针板式反应器的针电极和板电极连接。

作为优选，高频高压电源产生的电流频率为15～25kHz，优选为20kHz。

作为优选，还包括第一电磁阀和第二电磁阀；第一电磁阀设在气泵室与反应室的连接通道上，第二电磁阀设在放空管末端。

作为优选，还包括盆景式塑料植物；盆景式塑料植物包括主杆、侧枝和叶片；主杆的根部与反应室顶部连接；主杆和侧枝中间敷设与反应室排气口连通的输气管，叶片底面分布有与输气管末端连通的排气微孔。

作为优选，叶片底面排气微孔的直径为2mm。

作为优选，锥形槽和反应器为组装式结构。

本实用新型的有益效果是：

实现了室内空气体的多级除尘；将微型气泵单独设置在气泵室内，以避免其对吸入空气的二次污染，并减少微型气泵工作时对外界产生的噪声污染；反应后的气体经臭氧分解室和薄水层，可将其中残余的臭氧转化成氧气，起到了富氧、增湿的作用；气体经反应室净化后，室内自然漂浮的细菌、可吸入颗粒物(粉尘、烟尘等)、甲醛和挥发性有机物等的净化效率(CADR)可达90％以上，大幅度改善了室内空气质量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型基于低温等离子体的室内空气净化装置实施例的结构示意图。

图2是本实用新型基于低温等离子体的室内空气净化装置实施例的锥形槽与反应器的结构示意图。

图3是本实用新型基于低温等离子体的室内空气净化装置实施例的叶面底侧局部放大视图。

附图说明：

1-锥形槽，2-反应器，3-塑料盆景，4-电源及在线监测仪，5-进气孔，6-除尘室，7-吸气孔，8-集气室，9-过滤罩，10-气泵室，11-微型气泵，12-反应室，13-针电极，14-板电极，15—1#电磁阀，16-通气孔，17-输气管，18-排气微孔，19-放空管，20—2#电磁阀，21-臭氧分解室，22-臭氧分解催化剂，23-排气孔，24-填料层，25-薄水层。

具体实施方式

图1是一种基于低温等离子体的室内空气净化富氧及动态盆景模拟系统，主要由锥形槽1、反应器2、塑料盆景3和电源及在线监测仪4四部分组成。其中，锥形槽1和反应器2为组装式，便于清理积尘和设施检修。

在图2中，锥形槽1为外圆内锥的柱体槽，该槽外侧面自底部110mm以上至顶部50mm以下均匀布有Φ5mm的进气孔5。锥形槽1内部为除尘室6，通过设置微孔滤网达到除尘目的。除尘室6底部设置Φ5mm吸气孔7，经除尘处理的空气经该孔进入反应器2。

反应器2由气泵室10、集气室8、反应室12、臭氧分解室21、填料层24和薄水层25构成。将微型气泵11单独设置在气泵室10内，同时通过过滤罩9与集气室8相连，这样一方面可以大大削弱微型气泵11工作时，对外界产生的噪声污染；另一方面可以避免其对吸入空气的二次污染。反应室12内部设置两套针板式反应器，该反应器主要由针电极13和板电极14组成。微型气泵11通过1#电磁阀和针电极13连通到反应室12。反应室12通过顶部设置的通气孔16与输气管17相连。臭氧分解室21内置臭氧分解催化剂22，该催化剂主要采用粒径Φ2～5mm的微孔活性炭负载锰铁催化剂。同时，在臭氧分解室21内部设置放空管19，其末端设有2#电磁阀，净化后的气体经放空管进入该室，通过与臭氧分解催化剂22反应而使气体中绝大部分残余的臭氧转化为氧气。气体通过臭氧分解室21顶部设置的排气孔23与填料层24相通，填料层24内部主要放置粒径Φ5～10mm的砂石粒料。气体经填料层24进入薄水层25，薄水层存有厚度为20mm的水。其中气体中微量残余的臭氧极易溶于水中，进而转化为氧气。同时外排气体带有一定的水分，可以增加室内空气湿度。

塑料盆景3枝干内部敷设输气管17，叶面底侧布设Φ2mm排气微孔18(图3)，气体在流动过程中会带动盆景枝叶的微弱摆动，产生微风阵阵，沐浴自然的视觉享受。

电源及在线监测仪4为集成式一体化设备，其中针板式反应器的两极分别与高频高压电源相连，高频高压电源产生高压放电，功率可以为20～100W，产生的电流频率可以为5～35kHz，优选为15～25kHz，最优选20kHz左右。针板式反应器、微型气泵11、1#电磁阀15和2#电磁阀20通过电源及在线监测仪4上的开关实现快速启闭。在线监测仪主要监测室内空气污染指标，当指标超过常规值时，自动发出报警声以提醒人们开启该系统进而改善室内空气质量。

工作过程：

室内空气经进气孔5实现了一级拦截除尘，继而进入除尘室6。空气在该室流动过程中，部分粉尘与微孔滤网发生撞击而被截留去除。经除尘室6净化后的空气经吸气孔7进入集气室8，集气室8内部安有过滤罩9，通过输气管与气泵室10中的微型气泵11相连。微型气泵11将集气室8中的空气经1#电磁阀和针电极13泵入反应室12。进入反应室12的空气在针板式反应器的作用下放电，继而产生高能电子、激发态粒子、其他的活性粒子和强氧化性的0、OH、OH2等自由基，上述物质可将空气中的挥发性有机化合物VOCs快速有效地降解去除。净化后的空气经通气孔16与塑料盆景3中的输气管17相连，并通过塑料盆景3叶面下侧的排气微孔18排出系统。气体在流动过程中会带动盆景枝叶的微弱摆动，产生微风阵阵，沐浴自然的视觉享受。考虑到塑料盆景3中的空气在输送排放过程中，历时较长；同时臭氧很不稳定，在常温常态常压下即可分解为氧气，故不单独针对其中残余的臭氧采取分解措施。

同时，考虑到空气流量和气压等因素会对塑料盆景3造成损害，故在臭氧分解室21中的输气管17的下段设置放空管19，在放空管19的末端设有2#电磁阀，用于控制放空管的开闭。经放空管19排放的气体与臭氧分解室21中的臭氧分解催化剂22反应而使气体中绝大部分残余的臭氧转化为氧气，继而通过臭氧分解室21顶部设置的排气孔23与填料层24相通，填料层24内部主要放置粒径Φ5～10mm的砂石粒料。气体经填料层24进入薄水层25，该层厚度为20mm。其中气体中微量残余的臭氧极易溶于水中，进而转化为氧气。同时外排气体带有一定的水分，可以增加室内空气湿度。

针板式反应器、微型气泵11、1#电磁阀15和2#电磁阀20均通过电源及在线监测仪4上的开关实现快速启闭。在线监测仪主要监测室内空气污染指标，当指标超过常规值时，自动发出报警声以提醒人们开启该系统进而改善室内空气质量。

本实施例具有如下特点：

1)通过进气孔、除尘室、吸气孔和过滤罩，实现了室内空气体的多级除尘；

2)锥形槽和反应器为组装式，便于清理积尘和设施检修；

3)将微型气泵单独设置在气泵室内，同时通过过滤罩与集气室相连，一方面可以大大削弱微型气泵工作时，对外界产生的噪声污染；另一方面可以避免其对吸入空气的二次污染；

4)气体经反应室净化后，室内自然漂浮的细菌、可吸入颗粒物(粉尘、烟尘等)、甲醛和挥发性有机物等的净化效率(CADR)可达90％以上，大幅度改善了室内空气质量；

5)反应后的气体经臭氧分解室和薄水层，可将其中残余的臭氧转化成氧气，起到了富氧、增湿的作用；

6)采用动态模拟盆景作为尾气排放系统，气体在流动过程中会带动盆景枝叶的微弱摆动，产生微风阵阵，沐浴自然的视觉享受。

以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.基于低温等离子体的室内空气净化装置，其特征在于：包括锥形槽、反应器、电源；

所述锥形槽的外壁形状为圆柱体并包括倒圆锥体形状的内腔；锥形槽的外壁上均匀设有进气孔，锥形槽内外壁之间设有除尘室，所述除尘室内部设有微孔滤网，除尘室底部设有吸气孔；

所述反应器具有与锥形槽的内腔相适配的外形并可装入内腔；所述反应器包括自下而上重叠排列的气泵室、集气室、反应室、臭氧分解室、填料层和薄水层，所述气泵室、集气室、反应室、臭氧分解室、填料层之间用隔板分隔为单独的空间；

所述气泵室内设有微型气泵，所述微型气泵的吸气口设有过滤罩并伸出到集气室，所述微型气泵的排气口与反应室连通；

所述反应室设有由针电极和板电极构成的针板式反应器，所述电源的正极与针电极连接，电源的负极与板电极连接；反应室顶部设有输出净化空气的排气口；

所述臭氧分解室内置臭氧分解催化剂；臭氧分解室与反应室通过放空管连通；

所述臭氧分解室顶部设有与填料层连通的排气孔，填料层的上层设有薄水层。

2.根据权利要求1所述的室内空气净化装置，其特征在于：所述臭氧分解催化剂采用粒径Φ2～5mm的微孔活性炭负载锰铁催化剂。

3.根据权利要求1所述的室内空气净化装置，其特征在于：所述填料层由粒径Φ5～10mm的砂石粒料组成。

4.根据权利要求1所述的室内空气净化装置，其特征在于：所述薄水层的厚度为20mm。

5.根据权利要求1所述的室内空气净化装置，其特征在于：所述电源为高频高压电源，所述高频高压电源产生的电流频率为5～35kHz，功率为20～100W；所述高频高压电源的正负极分别与针板式反应器的针电极和板电极连接。

6.根据权利要求5所述的室内空气净化装置，其特征在于：所述高频高压电源产生的电流频率为15～25kHz，优选为20kHz。

7.根据权利要求1所述的室内空气净化装置，其特征在于：还包括第一电磁阀和第二电磁阀；所述第一电磁阀设在气泵室与反应室的连接通道上，所述第二电磁阀设在放空管末端。

8.根据权利要求1所述的室内空气净化装置，其特征在于：还包括盆景式塑料植物；所述盆景式塑料植物包括主杆、侧枝和叶片；所述主杆的根部与反应室顶部连接；主杆和侧枝中间敷设与反应室排气口连通的输气管，所述叶片底面分布有与输气管末端连通的排气微孔。

9.根据权利要求8所述的室内空气净化装置，其特征在于：所述叶片底面排气微孔的直径为2mm。

10.根据权利要求1所述的室内空气净化装置，其特征在于：所述锥形槽和反应器为组装式结构。