[发明专利]非热等离子体净化单元

说明书

技术领域：

本发明属于空气消毒净化技术领域，具体涉及非热等离子体净化单元。

背景技术：

市场上常见的用于半导体厂、制药厂、食品厂和医院手术室等洁净室的空气消毒净化单元主要有过滤吸附型、电子静电吸附型、臭氧消毒型、紫外线消毒型、光催化净化等几种。

过滤吸附型是目前极大多数洁净室选用的空气消毒净化单元，常见的有高效空气过滤器、FFU。它利用物体表面间存在的范德华力，吸附空气中的悬浮颗粒污染物净化空气。它只能滤除灰尘，不能彻底消毒；过滤阻力随尘埃颗粒物的增多而增大，容尘量减少，净化效率随之下降。如果不及时清理或更换，会造成二次污染；它的空气阻力大、能耗也大；驱动风机噪音当然也大。

电子静电吸附型通过电极的静电放电，借助库仑力的作用，将颗粒物从气流中分离出来，达到净化空气目的。它清除粉尘有效，但杀菌效果差，也不能去除甲醛等有害气体。

臭氧消毒型是利用臭氧的不稳定特性和强氧化作用杀菌消毒的。臭氧是一种强氧化剂，不宜在有易燃、易爆气体直接接触的场所，也不能集尘。臭氧一旦泄漏，对人体呼吸道造成伤害。

紫外线消毒型采用波长253.7nm的紫外线杀灭细菌、病毒等微生物。它清除粉尘无效；紫外线属于不可见光，容易泄漏，对人体眼睛、皮肤会造成伤害。

光催化净化是光催化剂TiO₂在387.5nm波长的紫外光线的照射下，使空气分子产生具有强氧化能力的空穴，即表面羟基化，其能量相当于15000K的高温，可以直接杀灭细菌，分解有机物为CO₂和H₂O等无毒无害无机物。其缺点是光催化反应是受光照强度、空气流量的制约，TiO₂自身的失活现象是光催化净化效率降低的根本原因；而且光照的紫外线容易泄漏，同样存在对人体皮肤、眼睛的伤害问题。

鉴于上述洁净室的净化单元单个净化的局限性，所以有的选用两个或两个以上单元组合而成，以弥补其不足。这就使空气消毒净化单元结构复杂、体积增大、造价高，使用也不方便。

发明内容：

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种可靠性好、工作寿命长、产生等离子体浓度高，提高空气消毒净化效率；而且结构简单、又节能的非热等离子体净化单元。

本发明非热等离子体净化单元是由等离子体反应器在高压脉冲电源作用下产生电晕放电，再由风机组件驱动室内空气多次循环消毒净化。设计非热等离子体净化单元的关键是反应器及其与之匹配的高压脉冲电源两个核心部件。最佳方案试验表明：非热等离子体净化单元的反应器放电电极选用镍铬金属丝或镍铬金属带是沿着电极的四周作电晕放电的，产生的等离子体均匀性及强度是最佳的；脉冲电源输出的放电电流上升幅度越陡，产生的等离子体浓度越高，所产生的臭氧、氮氧化物等副作用也少，效率高，本发明作为优先。

本发明消毒净化原理是：预荷电集尘是利用等离子体反应器在高压脉冲电源的驱动下作电晕放电，产生非热等离子体，其中包含的大量电子和正负离子在电场梯度的作用下，与空气中的微粒发生非弹性碰撞，从而附着在上面，使之成为荷电粒子。在外加电场力作用下，荷电粒子向集尘极迁移，最终沉积在集尘极上。其处理过程分为三个阶段：

①e+M(气体分子)→M^-；

②M^-+PM(微粒)→(PMM)；

③(PMM)^-→PMM(沉积在集尘极上)。

静电集尘是一个物理过程，在这个过程中，对悬浮在空气中直径小于100μm的总悬浮颗粒(TSP)和直径小于10μm的可吸入颗粒(PM₁₀)产生一定的清除效果。

本发明非热等离子体反应器内的催化净化是以高能电子与气体分子碰撞反应为基础。其催化净化机理包括两个步骤：一是在产生等离子体的过程中，高频放电产生瞬间高能量，打开某些有害气体分子的化学键，使其分解成单质原子或无害分子。二是等离子体中包含大量的高能电子、离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基，这些活性粒子的平均能量高于气体分子的键能，它们和有害气体分子发生频繁的碰撞，打开气体分子的化学键，同时还会产生大量的·OH，·HO₂，·O等自由基和氧化性极强的O₃，它们与有害气体分子发生化学反应生成无害产物。活性自由基·OH的氧化电位(2.8eV)比臭氧的氧化电位(2.07eV)还高出35％，·OH自由基与有机物的反应速度高出几个数量级。本发明将污染空气中的有害物质氧化为二氧化碳和水或矿物质作用机理分析如下：