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CN113134290B - 一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置 - Google Patents

一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置，包括沿空气流动方向依序设置的等离子体活化水发生单元、雾化水发生单元、等离子体放电单元和臭氧去除单元；所述雾化水发生单元包括水槽和设置在水槽内的超声雾化器；所述等离子体活化水发生单元包括沿竖直方向设置在水槽内的石英玻璃管，所述石英玻璃管内设有中空的高压电极，在石英玻璃管的外围设有地电极；空气通过石英玻璃管、高压电极和地电极的配合形成气液混合介质阻挡放电等离子体产生，并在水槽内形成活化水；本发明装置充分利用不同等离子体源的优势，对室内空气中的细菌、病毒、颗粒物和挥发性有机物等进行一体化净化，对室内空气进行有效净化。

Description

一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置
技术领域
本发明涉及一种空气净化装置，具体是一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置。
背景技术
随着现代工业和城市化的快速发展，人们的各项生活水平都得到了不同程度的提高，对高生活品质也要求越来越高，但是人们耐以生存的周围环境却在日益恶化，尤其是大气污染，包括室内空气污染，根据调查，每个人平均至少有一半的时间是在室内环境中，其中老人、小孩、孕妇和病人在室内的时间会更长，对空气质量的要求也更高。对室内空气造成污染的种类主要分为三类，一是固体颗粒物，如烟雾、花粉和粉尘等；二是微生物，如病毒、细菌、芽孢和真菌等；三是挥发性有害气体，如甲醛，甲苯等。
由于室内空气处理方式与工业废气处理方式有很大的不同，要求在常温常压下进行，因而高级氧化技术成为了一种普遍采用的方法，其中比较常用的方法就是光催化技术、吸附过滤法和等离子体法，对于光催化技术，在紫外灯的照射下，光催化剂能够将挥发性有害气体分解成无害的小分子气体，但是由于室内空气中的挥发性有害气体浓度较低，采用光催化形式的脱除效果并不会很理想；吸附过滤法主要是利用活性炭和分子筛对污染物进行过滤处理，达到净化的目的，但是吸附材料都有一定的吸附容量，当使用一段时间，达到了吸附材料的最大吸附容量后，吸附材料就会失去了吸附功能，而且还容易会对空气造成二次污染。现在的主流空气净化器大多采用吸附过滤网对空气进行净化，因而客户就必须频繁的更换、清洗滤网，较为繁琐。
等离子体法是通过等离子体放电对空气的污染物进行处理，适合室内空气处理的等离子体按照放电方式分类，主要有两种，一种电晕放电，另外一种是介质阻挡放电，电晕放电一般适合于对颗粒物及微生物的处理，由于放电较弱，对挥发性有机物的处理效果一般，目前的电晕放电一般采用单一的正电晕或者负电晕，缺少正负电晕，即缺少固体颗粒物生长的过程；介质阻挡放电则更适合对挥发性有机物的处理，但是对固体颗粒物几乎没有什么处理效果，目前应用于室内净化器的介质阻挡放电一般都是采用空气作为放电气体，空气放电的方式对处理污染物起到主要作用的就是臭氧，臭氧是一种广谱杀菌剂，对挥发性有害气体和细菌微生物等都有很好的祛除作用，但是当臭氧浓度超过一定的标准后，就会对人体造成一定的伤害，因而现在不少的等离子体空气技术都采用尽可能少的产生臭氧的等离子体发生装置，臭氧产生量的减少，肯定会削弱空气净化的效果，此外，此种方法仍然很难保证等离子体空气净化器在长时间在密闭的室内环境中工作后，产生的臭氧含量超标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置，包括沿空气流动方向依序设置的等离子体活化水发生单元、雾化水发生单元、等离子体放电单元和臭氧去除单元；所述雾化水发生单元包括水槽和设置在水槽内的超声雾化器；所述等离子体活化水发生单元包括沿竖直方向设置在水槽内的石英玻璃管，所述石英玻璃管内设有中空的高压电极，在石英玻璃管的外围设有地电极；所述石英玻璃管有内外两层，通过内外两层的配合包覆高压电极的内外两侧；空气通过石英玻璃管、高压电极和地电极的配合形成气液混合介质阻挡放电等离子体产生，并在水槽内形成活化水，活化水与由高压电极进入的空气进行混合，再由超声雾化器形成活化水雾输送至等离子体放电单元。
作为本发明进一步的方案：所述等离子体活化水发生单元的气液混合介质阻挡放电等离子体产生采用高频高压交流电源或脉冲高压电源供电，电源的高压端接高压电极，低压端接地。
作为本发明进一步的方案：所述地电极由水和不锈钢网构成，在水槽外导通连接有水泵，所述水泵的出口与地电极相适应，通过水槽和水泵的配合向地电极提供水。
作为本发明进一步的方案：所述等离子体放电单元包括沿空气流动方向依序设置的正电晕放电区、交流电晕放电区、负电晕放电区和离子风放电区。
作为本发明进一步的方案：所述正电晕放电区由第一针状电极和网状电极组成，第一针状电极的电极针与网状电极的网孔一一对应；所述正电晕放电区由高压直流电源供电，第一针状电极接正高压电，网状电极接地。
作为本发明进一步的方案：所述交流电晕放电区由若干层第一线状电极组成，每一层的第一线状电极平行等间距排列在一个平面上且层与层之间的线垂直排列；所述交流电晕放电区由第二线状电极和板状电极组成，第二线状电极与板状电极交替排列，每一层的第二线状电极平行等间距排列在一个平面上；所述负电晕放电区由高压直流电源供电，第二线状电极接负高压电，板状电极接地。
作为本发明进一步的方案：所述离子风放电区由第二针状电极和环状电极组成，第二针状电极与环状电极的中轴线重合；所述离子风放电区由高压直流电源供电，第二针状电极接负高压电，环状电极接地。
作为本发明进一步的方案：所述臭氧去除单元为紫外线灯或能够吸附臭氧的催化剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用上述结构后，空气净化装置内的净化通道的顺序依次为中空的高压电极、雾化水发生单元的水槽和雾化区，正电晕区、交流电晕区、负电晕区、离子风区和紫外线区，对等离子体放电过程中未被利用的臭氧被送入水中，采用了逐步梯次消毒法，不仅有效的利用了臭氧消毒，而且有效的祛除了臭氧超标的危害，因而消毒十分全面、高效。等离子体活化水是由气液混合介质阻挡放电等离子体产生，产生后的活化水经过超声雾化器进行雾化，形成活化水雾，活化水雾与气体充分接触后，可以进行杀菌、降解VOCs和初步的过滤除尘；再经过等离子体放电单元中的正电晕放电区、交流电晕放电区、负电晕放电区和离子风放电区进一步进行处理，正电晕放电区使活化水雾与颗粒物带电，交流电晕放电区使活化水雾与颗粒物PM2.5结合生长，负电晕放电区除去长大后的雾化水与颗粒物PM2.5，离子风放电区将产生负离子风，再经过臭氧去除单元，即可产生纯净的负离子风释放到净化空间进行进一步净化。本装置充分利用不同等离子体源的优势，对室内空气中的细菌、病毒、颗粒物和挥发性有机物等进行一体化净化，对室内空气进行有效净化。
附图说明
图1为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置的整体结构示意图。
图2为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置中负电晕的结构示意图。
图3为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置中负电晕的局部放大图。
图4为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置中负电晕的侧视图。
图5为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置中负电晕的侧视图。
图6为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置中电凝并的结构示意图。
图7为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置中电凝并的局部放大图。
图8为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置中电凝并的侧视图。
图9为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置中电凝并的侧视图。
图10为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置中正电晕的示意图。
图11为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置中正电晕局部放大图。
图12为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置中正电晕的侧视图。
图13为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置中正电晕的侧视图。
图14为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置负离子的结构示意图。
图15为一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置负离子局部放大图。
图中：1、等离子体活化水发生单元；101、石英玻璃管；102、高压电极；103、地电极；104、活化水；105、活化水雾；2、雾化水发生单元；201、水槽；202、超声雾化器；203、水泵；3、等离子体放电单元；301、正电晕放电区；302、交流电晕放电区；303、负电晕放电区；304、离子风放电区；4、臭氧去除单元。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-15，一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置，包括沿空气流动方向依序设置的等离子体活化水发生单元1、雾化水发生单元2、等离子体放电单元3和臭氧去除单元4；所述雾化水发生单元2包括水槽201和设置在水槽201内的超声雾化器202，对活化水104超声振荡产生雾化，振荡频率为1.7MHz，雾化水来源于气液混合放电产生的活化水104；所述等离子体活化水发生单元1包括沿竖直方向设置在水槽201内的石英玻璃管101，所述石英玻璃管101内设有中空的高压电极102，在石英玻璃管101的外围设有地电极103；所述石英玻璃管101有内外两层，通过内外两层的配合包覆高压电极102的内外两侧，将高压电极102内外侧均包覆住，高压电极102在放电过程中产生的热量由高压电极102内的气体和高压电极102与地电极103之间的水汽共同带走。
空气通过石英玻璃管101、高压电极102和地电极103的配合形成气液混合介质阻挡放电等离子体产生，并在水槽201内形成活化水104，活化水104与由高压电极102进入的空气进行混合，再由超声雾化器202形成活化水雾105输送至等离子体放电单元3；所述等离子体活化水发生单元1是由气液混合介质阻挡放电等离子体产生，气液混合介质阻挡放电通道的高压电极102为金属材质或其他导电材料，高压电极102被绝缘介质包覆，地电极103为水和不锈钢网，放电通道的数量为大于1的自然数，放电工作气体为空气和水蒸汽；气液混合介质阻挡放电产生的对杀菌和除VOCs很有效果的主要有两种类型的粒子，一类是如O3、H2O2的分子，另外一类是氧活性基团和氮活性基团，氧活性基团主要包括1O2、OH，氮活性基团主要包括ONOO-、NO。
其中，所述等离子体活化水发生单元1的气液混合介质阻挡放电等离子体产生采用高频高压交流电源或脉冲高压电源供电，电源的高压端接高压电极102，低压端接地。
具体的，所述地电极103由水和不锈钢网构成，在水槽201外导通连接有水泵203，所述水泵203的出口与地电极103相适应，通过水槽201和水泵203的配合向地电极103提供水。水既作为地电极103的部分，又作为气液混合放电的液体部分，水来源于雾化水发生器的水槽201，通过水泵203抽送获得。
另外，所述等离子体放电单元3包括沿空气流动方向依序设置的正电晕放电区301、交流电晕放电区302、负电晕放电区303和离子风放电区304。
进一步的，所述正电晕放电区301由第一针状电极和网状电极组成，第一针状电极的电极针与网状电极的网孔一一对应；第一针状电极与网状电极均为金属材质或其他导电材质，第一针状电极与网状电极的网孔数量均为大于1的自然数；所述正电晕放电区301由高压直流电源供电，第一针状电极接正高压电，网状电极接地。
进一步的，所述交流电晕放电区302由若干层第一线状电极组成，每一层的第一线状电极平行等间距排列在一个平面上且层与层之间的线垂直排列，每一层的第一线状电极的数量为大于1的自然数；所述交流电晕放电区302由高压交流电源供电，电源的频率在20-100kHz，相邻层的第一线状电极极性相反，同一层的第一线状电极极性相同。
进一步的，所述负电晕放电区303由第二线状电极和板状电极组成，第二线状电极与板状电极交替排列，每一层的第二线状电极平行等间距排列在一个平面上，第二线状电极的层数和板状电极的数量为大于1的自然数；所述负电晕放电区303由高压直流电源供电，第二线状电极接负高压电，板状电极接地。
进一步的，所述离子风放电区304由第二针状电极和环状电极组成，第二针状电极与环状电极的中轴线重合，第二状电极与环状电极的数量为大于1的自然数；所述离子风放电区304由高压直流电源供电，第二针状电极接负高压电，环状电极接地。
具体的，所述臭氧去除单元4为紫外线灯或能够吸附臭氧的催化剂，紫外线灯产生的光为254nm的紫外光，数量可以为一个或者多个，其工作状态根据出口处的臭氧含量来选择发光强度。
在本实施例中，本装置未使用吸附过滤网，只是采用了均气网，因而省去了滤网更换的麻烦，消毒过程十分方便、节能。本装置在工作过程中，产生主要噪声的装置都被安置隔音装置内部，有效降低了消毒过程中产生的噪音，消毒过程十分安静。
本发明的工作原理是：本装置的净化通道的顺序依次为中空的高压电极102、雾化水发生单元2的水槽201和雾化区、正电晕放电区301、交流电晕放电区302、负电晕放电区303、离子风放电区304和紫外线区；等离子体活化水是由气液混合介质阻挡放电等离子体产生，产生后的活化水104经过超声雾化装置进行雾化，形成活化水雾105，活化水雾105与气体充分接触后，可以进行杀菌、降解VOCs和初步的过滤除尘，经过四种等离子体放电区，正电晕区使活化雾化水与颗粒物带电，交流电晕区使活化雾化水与颗粒物PM2.5结合生长，负电晕区除去长大后的雾化水与颗粒物PM2.5，离子风区将产生负离子风，再经过一次除臭氧装置，即可产生纯净的负离子风释放到净化空间进行进一步净化。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置，其特征在于，包括沿空气流动方向依序设置的等离子体活化水发生单元(1)、雾化水发生单元(2)、等离子体放电单元(3)和臭氧去除单元(4)；
所述雾化水发生单元(2)包括水槽(201)和设置在水槽(201)内的超声雾化器(202)；
所述等离子体活化水发生单元(1)包括沿竖直方向设置在水槽(201)内的石英玻璃管(101)，所述石英玻璃管(101)内设有中空的高压电极(102)，在石英玻璃管(101)的外围设有地电极(103)；所述石英玻璃管(101)有内外两层，通过内外两层的配合包覆高压电极(102)的内外两侧；空气通过石英玻璃管(101)、高压电极(102)和地电极(103)的配合形成气液混合介质阻挡放电等离子体产生，并在水槽(201)内形成活化水(104)，活化水(104)与由高压电极(102)进入的空气进行混合，再由超声雾化器(202)形成活化水雾(105)输送至等离子体放电单元(3)；
所述地电极(103)由水和不锈钢网构成，在水槽(201)外导通连接有水泵(203)，所述水泵(203)的出口与地电极(103)相适应，通过水槽(201)和水泵(203)的配合向地电极(103)提供水；
所述等离子体放电单元(3)包括沿空气流动方向依序设置的正电晕放电区(301)、交流电晕放电区(302)、负电晕放电区(303)和离子风放电区(304)；
所述正电晕放电区(301)由第一针状电极和网状电极组成，第一针状电极的电极针与网状电极的网孔一一对应；
所述正电晕放电区(301)由高压直流电源供电，第一针状电极接正高压电，网状电极接地；
所述交流电晕放电区(302)由若干层第一线状电极组成，每一层的第一线状电极平行等间距排列在一个平面上且层与层之间的线垂直排列；
所述交流电晕放电区(302)由高压交流电源供电，电源的频率在20-100kHz，相邻层的第一线状电极极性相反，同一层的第一线状电极极性相同；
所述负电晕放电区(303)由第二线状电极和板状电极组成，第二线状电极与板状电极交替排列，每一层的第二线状电极平行等间距排列在一个平面上；
所述负电晕放电区(303)由高压直流电源供电，第二线状电极接负高压电，板状电极接地；
所述离子风放电区(304)由第二针状电极和环状电极组成，第二针状电极与环状电极的中轴线重合；
所述离子风放电区(304)由高压直流电源供电，第二针状电极接负高压电，环状电极接地。
2.根据权利要求1所述的一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置，其特征在于，所述等离子体活化水发生单元(1)的气液混合介质阻挡放电等离子体产生采用高频高压交流电源或脉冲高压电源供电，电源的高压端接高压电极(102)，低压端接地。
3.根据权利要求1所述的一种利用等离子体产生活化水处理污染物的空气净化装置，其特征在于，所述臭氧去除单元(4)为紫外线灯或能够吸附臭氧的催化剂。
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