CN213687173U - 一种低温等离子体空气处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低温等离子体空气处理系统，所述设备使用污染物吸附剂从空气中去除污染物，并使用低温等离子体解吸、氧化或去除污染物。吸附剂可以由沸石与具有高介电值的材料组合而成。低温等离子体反应器的电源设计为在系统谐振频率下搜寻并运行。在实施方案中，将吸附剂材料与低温等离子体反应器分离。在解吸/再生阶段，将热量施加至吸附剂材料以热解吸污染物。空气在系统内再循环，将解吸的污染物从吸附剂材料移至低温等离子体反应器进行分解。循环空气反复移动污染物通过反应器，直到污染物被破坏，或解吸/再生阶段完成。

Description

一种低温等离子体空气处理系统

技术领域

本实用新型涉及空气处理领域，具体涉及一种低温等离子体空气处理系统。

背景技术

市面上有许多空气净化系统。这些系统采用各种技术去除废气、挥发性有机化合物、气味、氮氧化物、硫氧化物、有毒气体等(以下总称为污染物)并对其进行脱毒。这些系统依赖于多种方法，例如燃烧、吸附、催化或低温等离子体工艺，以去除空气中的污染物。

燃烧系统原则上是最简单的系统，主要通过加热空气，从而热分解或燃烧空气中的污染物。然而，该方法需要大量的能量以有效地从空气中去除污染物，成本比较高，而且还会产生大量的热污染。

吸附方法使用吸附材料来捕获空气中的污染物。但是，该方法需要频繁更换或再生吸附剂材料，导致系统运行成本较高。

催化方法使用催化剂来加速化学反应，从而将空气中的污染物转化为相对无害的化学成分。然而，当污染物的浓度较低时，催化方法通常需要非常高的能量需求。此外，这些系统使用的催化剂可能会导致污染物中毒，从而导致催化功能大幅下降或完全丧失。

传统的低温等离子体系统使用低温等离子体来处理包含污染物的空气流。低温等离子体是两个电极之间的高压放电。这种放电在空气中产生高能电子，这些电子与气体分子碰撞并产生自由基，从而氧化气流中的污染物。大多数反应物由氧气产生，产生许多不同的氧种类。但是，自由基也会由气流中的氮气和水蒸气形成。由于低温等离子体系统消耗的大部分能量都用于产生高能电子，因此这些系统处理的气流温度基本上保持不变。为等离子体供电的高压可以采用交流电、直流电或脉冲电流的形式，其中脉冲电流中具有快速上升时间脉冲具有最高的性能。

通常，低温等离子体空气处理系统包括低温等离子体反应器和用于使空气移动通过反应器的装置。低温等离子体反应器包括多个相对的电极，并且通常根据以下两种构造之一制造：电晕放电或介电势垒放电。电晕放电反应器使用裸电极，并且在它们之间会产生低温等离子体。介电阻挡反应器在一个或两个电极上具有介电涂层，或在电极之间具有包含介电材料的填充床。

低温等离子体系统存在一些缺陷，例如产品氧化、产生臭氧、高电能需求。氧化副产物是不完全氧化的结果，在气流中会形成新的污染物，从而影响系统的空气处理效果。臭氧被认为是有害气体，因此臭氧的产生也有可能破坏这些系统的效果。许多低温等离子体系统对能量的高要求使得这些系统不可行。

如上所述，通常通过向等离子体反应器施加高电功率来产生低温等离子体。一些常规的低温反应堆需要数百焦耳的电能才能处理一升的空气。对大量电能的需求是对常规低温等离子体系统的重大挑战。由于启用和控制低温等离子体所需的参数不仅在反应堆之间，而且在同一反应堆内不时发生巨大变化，因此电源问题变得更加复杂。例如，对于在电极之间包括电介质材料的填充床的低温等离子体系统，电介质材料床的电导率可以由于所处理的空气中的湿度变化以及电介质的数量和类型的变化而变化。这些变化也可能导致床的阻抗发生重大变化。随着床的电导率和阻抗变化，产生和维持低温等离子体所需的功率量也变化。

低温等离子体反应器的另一个问题是由反应器中可能形成的“拖缆”引起的。拖缆本质上是自传播的电子流，如果不加以控制，它们可能会转变成电弧，导致低温等离子体转变成热等离子体状态。这会对床和系统性能产生重大不利影响。为了避免电弧放电或过渡到热等离子体状态，在形成后，必须立即将拖缆终止或淬火。为了实现该功能，常规的低温等离子体反应器需要包括相对复杂的外部或自猝灭机制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低温等离子体空气处理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型提供了一种低温等离子体空气处理系统，包括壳体，具有入口、出口和连接所述入口和所述出口的空气流动路径；沿所述流动路径设置的吸附材料；沿所述流动路径设置的低温等离子体反应器；封闭装置，用于使空气从环境通过所述入口沿着所述流动路径并通过所述出口返回环境；隔离装置，用于将至少一部分所述流动路径与环境隔离，从而使所述吸附材料和所述反应器与环境隔离；控制装置，用于使系统处于吸附阶段，在此阶段中，来自环境的空气通过处理系统；在解吸/再生阶段，所述封闭装置被致动，以将所述吸附剂材料和所述反应器与环境隔离；所述反应器隔离装置被致动以处理所述壳体内的污染物。

作为优选，所述系统能够有效地去除和破坏空气中的污染物，同时使氧化副产物的释放最小。本实用新型还提供了与低温等离子体空气处理系统结合使用的低温等离子体反应器。

作为优选，所述系统还包括再循环装置，用于在所述解吸/再生阶段，使空气再循环通过所述吸附剂材料和所述反应器。

作为优选，所述吸附剂材料从所述反应器中分离，其中空气循环通过所述吸附剂材料，所述反应器携带污染物从所述吸附剂材料到所述反应器进行处理。

作为优选，所述再循环装置包括空气回路，用于使空气再循环通过系统的气流路径。

作为优选，所述再循环装置包括在所述吸附阶段关闭所述空气回路和在所述解吸/再生阶段打开所述空气回路的装置。

作为优选，所述吸附剂材料包括活性碳纤维布。

作为优选，所述反应器包括一对分隔开的网状电极。

作为优选，所述反应器包括设置在所述电极之间的介电材料。

作为优选，所述反应器包括设置在所述电极之间的催化剂。

附图说明

图1为本实用新型实施方案的示意图；

图2为本实用新型中使用的低温等离子体反应器的示意图。

附图标记：空气处理系统(10)；壳体(11)；风扇(12)；预过滤器(14)；入口叶片组(16)；出口叶片组(18)；低温等离子体反应器(20)；吸附材料填充床(22)；电极(24、 26)；高效空气过滤器(29)。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1示出了本发明的一个实施方案。空气处理系统10包括壳体11和低温等离子体反应器20。所述低温等离子体反应器20包括位于两个相对电极24和26之间的吸附材料床22。可选地，空气处理系统10还包括风扇12、入口叶片组16、出口叶片组18、预过滤器 14和高效空气过滤器29。

空气处理系统10的操作周期包括两个阶段：吸附阶段和解吸/再生阶段。在吸附阶段，叶片组16和18是打开的，风扇12是打开的，从而使空气首先移动通过开口的叶片组16，然后通过预过滤器14，进入低温等离子体反应器20。风扇12可以用本领域已知的鼓风机或其他空气移动机构代替。使用本领域公知的功率和功率切换系统将功率提供给风扇12和叶片组16和18。空气中的污染物被填充床22中的吸附剂材料捕获。最后，空气流经高效空气过滤器29，然后流经叶片组18并排出系统10。

在吸附阶段完成时，空气处理系统10进入解吸/再生阶段。在该操作阶段期间，叶片组 16和18关闭，并且风扇12可以关闭，从而有效地将空气处理系统10的内部与周围环境隔离。然后使电极24和26通电，产生低温等离子体。所述低温等离子体氧化或去除在吸附材料填充床22内的空气间隙中的污染物。随着这些污染物的氧化或去除，污染物被吸附床解吸。这些污染物也会被低温等离子体氧化或去除。低温等离子体升高了吸附剂床的温度，有助于实现污染物的进一步解吸。因为在解吸/再生阶段期间，空气处理系统10与周围环境隔离，所以在此阶段期间生成的大多数氧化副产物聚集在空气处理系统10内，并被低温等离子体去除。吸附剂床可进一步包含催化剂以帮助破坏或去除臭氧。风扇12可以在解吸/再生阶段期间操作，以使空气在空气处理系统10和反应器20内循环。

如图2所示，所示实施方案中使用的反应器由相对的电极24和26组成，在它们之间有吸附剂床。所示实施方案的吸附剂被设计成具有相对较大的表面积与体积之比，并且由疏水性沸石和具有特定介电值的材料组成。沸石是一类天然形成和合成的微孔晶体固体，具有确定的孔隙结构。最常见的沸石由硅、铝和氧原子组成。它们形成带有空隙的三维结构，可以吸附有机化合物。然而，在该结构内可以结合许多其他元件。硅与铝的不同比例以及其他元素的加入会改变沸石中的结合力，从而决定空隙的形状和尺寸。随着硅含量相对于铝含量的增加，沸石倾向于变得更疏水。随着湿度的增加，这些沸石吸收的水蒸气较少，并且是挥发性有机化合物的较好吸附剂。

介电材料是一种不良的电流导体，但却能有效支持静电场。通常，金属氧化物(如钛酸钡)具有高介电值。本实用新型的吸附床包含吸附剂，例如沸石和具有高介电值的材料(如钛酸钡)。在本实用新型的实施方案中，将钛酸钡粉末与粘合剂如勃姆石氧化铝混合，分散在水中并喷雾到挤出的沸石粒上。干燥之后形成涂覆有高介电材料的吸附剂颗粒。

Claims (9)

1.一种低温等离子体空气处理系统，其特征在于：包括壳体，具有入口、出口和连接所述入口和所述出口的空气流动路径；沿所述流动路径设置的吸附材料；沿所述流动路径设置的低温等离子体反应器；封闭装置，用于使空气从环境通过所述入口沿着所述流动路径并通过所述出口返回环境；隔离装置，用于将至少一部分所述流动路径与环境隔离，从而使所述吸附材料和所述反应器与环境隔离；控制装置，用于使系统处于吸附阶段，在此阶段中，来自环境的空气通过处理系统；在解吸/再生阶段，所述封闭装置被致动，以将所述吸附剂材料和所述反应器与环境隔离；所述反应器隔离装置被致动以处理所述壳体内的污染物。

2.根据权利要求1所述的一种低温等离子体空气处理系统，其特征在于：所述系统还包括再循环装置，用于在所述解吸/再生阶段，使空气再循环通过所述吸附剂材料和所述反应器。

3.根据权利要求2所述的一种低温等离子体空气处理系统，其特征在于：所述吸附剂材料从所述反应器中分离，其中空气循环通过所述吸附剂材料，所述反应器携带污染物从所述吸附剂材料到所述反应器进行处理。

4.根据权利要求3所述的一种低温等离子体空气处理系统，其特征在于：所述再循环装置包括空气回路，用于使空气再循环通过系统的气流路径。

5.根据权利要求4所述的一种低温等离子体空气处理系统，其特征在于：所述再循环装置包括在所述吸附阶段关闭所述空气回路和在所述解吸/再生阶段打开所述空气回路的装置。

6.根据权利要求5所述的一种低温等离子体空气处理系统，其特征在于：所述吸附剂材料包括活性碳纤维布。

7.根据权利要求5所述的一种低温等离子体空气处理系统，其特征在于：所述反应器包括一对分隔开的网状电极。

8.根据权利要求7所述的一种低温等离子体空气处理系统，其特征在于：所述反应器包括设置在所述电极之间的介电材料。

9.根据权利要求8所述的一种低温等离子体空气处理系统，其特征在于：所述反应器包括设置在所述电极之间的催化剂。

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