一种自生热量降解臭氧的等离子体发生技术工艺及装置

摘要

本发明公开了一种自生热量降解臭氧的等离子体发生技术工艺及装置，利用局部热平衡的滑动弧放电等离子体，产生活性粒子，传导自生热量，同步实现灭活致病微生物的和分解残留臭氧。本发明公开的基于自生热量降解臭氧的等离子体发生技术包括：利用放电等离子体中活性粒子杀灭空气中病菌，同时将放电区域产生的热量传导至气流下游区域，利用形成的高温区域降解残余臭氧。基于此工艺，本发明公开了多套自生热量降解臭氧的等离子体装置，包括喷枪式、刀式和龙卷式，它们无需额外添加催化剂或热分解部件，不存在催化剂易饱和与失活的问题，充分利用放电的热量，实现了气体灭菌和臭氧分解的一体化处理，具有高效节能、工艺稳定和结构紧凑的优势。

权利要求

1.一种自生热量降解臭氧的等离子体发生技术工艺，其特征在于：待处理的空气进入到自生热量降解臭氧的等离子体发生装置后，采用空气滑动弧放电原理；首先空气在活性粒子作用下杀菌消毒，之后在自身放电之后产生的高温下，对臭氧进行降解，实现空气净化；

自生热量降解臭氧的等离子体发生装置包括：刀式结构(2)，所述刀式结构(2)包括隔热罩(2‑1)、接地刀片电极(2‑2)、高压刀片电极(2‑3)、接地侧橡胶垫片(2‑4)、高压侧橡胶垫片(2‑5)、第一固定夹板(2‑6)、第二固定夹板(2‑7)、第一导流板(2‑8)、第二导流板(2‑

9)、第三导流板(2‑10)、第四导流板(2‑11)、第一固定螺栓(2‑12)、第二固定螺栓(2‑13)、第三固定螺栓(2‑14)、第四固定螺栓(2‑15)、高压接线柱(2‑16)、低压接线柱(2‑17)和进气管(2‑18)；所述第一固定夹板(2‑6)和第二固定夹板(2‑7)将所述接地刀片电极(2‑2)、高压刀片电极(2‑3)和进气管(2‑18)夹在中间，两侧分别用接地侧橡胶垫片(2‑4)和高压侧橡胶垫片(2‑5)封住以防漏气；所述第一导流板(2‑8)、第二导流板(2‑9)、第三导流板(2‑10)和第四导流板(2‑11)紧贴在所述第一固定夹板(2‑6)和第二固定夹板(2‑7)的外侧，所述隔热罩(2‑1)套在所述第一导流板(2‑8)、第二导流板(2‑9)、第三导流板(2‑10)和第四导流板(2‑

11)的外侧，所述第一固定螺栓(2‑12)、第二固定螺栓(2‑13)、第三固定螺栓(2‑14)和第四固定螺栓(2‑15)将所述第一固定夹板(2‑6)和第二固定夹板(2‑7)固定连接在一起；所述高压接线柱(2‑16)位于所述高压刀片电极(2‑3)上，所述低压接线柱(2‑17)位于所述接地刀片电极(2‑2)上，所述进气管(2‑18)设置在所述高压刀片电极(2‑3)和接地刀片电极(2‑2)之间形成的发电区间上；

正常工作时，刀式结构(2)装置中的接地刀片电极(2‑2)和高压刀片电极(2‑3)分别从低压接线柱(2‑17)和高压接线柱(2‑16)连接地电位和高电压，在两刀片电极的间距最小处击穿形成电弧放电；空气从进气管(2‑18)进入放电区间，吹动弧丝向上滑动，放电由局部平衡态转变为非平衡状态，产生大量的氧化性活性粒子，实现杀菌消毒；当气流抵达隔热罩(2‑1)顶部后，会沿着其两壁向下流动，并被四块导流板约束至放电击穿区域的外侧；气体放电产生的热量会透过固定夹板，形成局部高温区域，当气体流经该区域时，空气中的残留臭氧会自动降解。

说明书

一种自生热量降解臭氧的等离子体发生技术工艺及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及等离子体发生装置技术领域，尤其涉及一种自生热量降解臭氧的等离子体发生技术工艺及装置。

背景技术

[0002] 大气压低温等离子体(APLTP)中富含高能电子(1‑10eV)、离子、激发态原子分子、自由基、以及其他含氧含氮的活性粒子(ROS和RNS)，已作为一种高效的分子活化手段深度应用于环境保护、材料改性、能源转化和航空航天等领域。在室内空气净化领域，APLTP中荷电粒子和氧化性分子可以快速灭活空气中悬浮的致病微生物，是一种无耗材消耗的干式处理技术，有望替代传统的物理吸附法和喷洒消毒剂法。

[0003] 值得关注的是，经APLTP处理过的空气中会残留一定浓度的臭氧，这极大地限制了APLTP技术在室内空气净化中的推广应用。研究数据表明，APLTP处理会在空气中引入0.3‑10ppm的臭氧，具体浓度因放电类型和消耗功率有所差异，但已远高于国家标准中对室内臭氧浓度的限制(不超过0.1ppm)。为了降低尾气中臭氧浓度，研发人员通常采用催化吸附降解和加热分解这两种处理方式。催化吸附降解法是一种利用负载有特殊的金属、金属氧化物或光催化剂的多孔材料，来吸附并降解尾气中的残余臭氧的技术手段，但大量工程实践指出，该方法存在“易饱和”和“失效快”的弊端，即正常运行1‑2小时后多孔催化剂会吸附饱和，而使用2‑4个月后负载的催化剂会逐渐失效。另一种加热分解法多应用在工业废气净化领域，通常让尾气通过一片200‑300℃的高温区域后再排放，虽然高温加热有助于降解臭氧，但这种方法显然能耗更高。因此，APLTP在空气净化领域的进一步推广应用急需找寻一种长效稳定且节能环保的除臭氧途径。

[0004] 为了解决上述问题，本发明提出一种利用放电自生热量来降解臭氧的技术思路，即将放电产生的“废热”导出形成局部高温区，并引导净化后的空气流经该高温区以达到降解臭氧的目的。基于此原理，本发明进一步公开了三种低臭氧残留的等离子体装置结构。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种自生热量降解臭氧的等离子体发生装置，解决高效稳定且节能环保的除臭氧技术的问题。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

[0007] 本发明一种自生热量降解臭氧的等离子体发生装置，待处理的空气进入到自生热量降解臭氧的等离子体发生装置后，采用空气滑动弧放电原理；首先空气在活性粒子作用下杀菌消毒，之后在自身放电之后产生的高温下，对臭氧进行降解，实现空气净化。

[0008] 优选的，包括喷枪式结构，所述喷枪式结构包括陶瓷隔热罩、接地电极、高压电极、螺旋导热片、气流起旋器、绝缘套管和接地固定支架；所述高压电极设置在所述气流起旋器的中心位置上，所述气流起旋器设置在所述绝缘套管的内部，所述绝缘套管设置在所述接地固定支架上；所述接地电极的端部螺纹连接在所述接地固定支架上，所述气流起旋器和高压电极位于所述接地电极的内部；所述螺旋导热片套设在所述接地电极外部，所述陶瓷隔热罩套在所述螺旋导热片的外部。

[0009] 优选的，所述高压电极、气流起旋器和绝缘套管均固定设置在所述接地固定支架上。

[0010] 优选的，所述接地电极内部设置与台阶，所述台阶与所述气流起旋器端部相配合，用于锁住气流起旋器和高压电极。

[0011] 优选的，包括刀式结构，所述刀式结构包括隔热罩、接地刀片电极、高压刀片电极、接地侧橡胶垫片、高压侧橡胶垫片、第一固定夹板、第二固定夹板、第一导流板、第二导流板、第三导流板、第四导流板、第一固定螺栓、第二固定螺栓、第三固定螺栓、第四固定螺栓、高压接线柱、低压接线柱和进气管；所述第一固定夹板和第二固定夹板将所述接地刀片电极、高压刀片电极和进气管夹在中间，两侧分别用接地侧橡胶垫片和高压侧橡胶垫片封住以防漏气；所述第一导流板、第二导流板、第三导流板和第四导流板紧贴在所述第一固定夹板和第二固定夹板的外侧，所述隔热罩套在所述第一导流板、第二导流板、第三导流板和第四导流板的外侧，所述第一固定螺栓、第二固定螺栓、第三固定螺栓和第四固定螺栓将所述第一固定夹板和第二固定夹板固定连接在一起；所述高压接线柱位于所述高压刀片电极上，所述低压接线柱位于所述接地刀片电极上，所述进气管设置在所述高压刀片电极和接地刀片电极之间形成的发电区间上。

[0012] 优选的，包括龙卷式结构，所述龙卷式结构包括隔热罩、散气罩、螺旋导热片、导热壁、起旋进气口、高压导线入口、主进气口、绝缘底盘、通气卡盘、接地螺旋电极和高压电极；所述导热壁外侧套设有螺旋导热片；所述导热壁上端设置有通气卡盘，下端设置有绝缘底盘；所述散气罩固定于通气卡盘的顶部，所述隔热罩套在螺旋导热片的外部；所述通气卡盘的外侧壁上设置有起旋进气口，所述绝缘底盘的底部开设有若干个主进气口和高压导线入口；所述导热壁内部设置有接地螺旋电极，所述接地螺旋电极的底部连接有高压电极，所述高压电极连接有所述高压导线入口。

[0013] 优选的，所述通气卡盘倒扣在绝缘底盘上，所述通气卡盘使得高压电极与接地螺旋电极的端部留有1～3mm的间隙。

[0014] 与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

[0015] 本发明提出一种基于自生热量降解臭氧的等离子体发生技术方案，可以同时达到杀菌消毒和消除臭氧的目的。在气体放电产生等离子体的过程中，不仅会产生丰富的氧化性活性粒子，还会增加中性气体分子的振动和转动能量，宏观表现为气体温度升高；若能将放电产生的高热量传导出去，使得含病菌的空气先通过活性粒子作用区域，后流经热量传导形成的高温区域，则可以在同一个等离子体反应器中实现杀菌消毒和消除臭氧。基于自生热量降解臭氧的技术原理，本发明采用了空气滑动弧放电，空气滑动弧放电具有局部热平衡状态、高化学活性的非平衡态、以及二者之间的过渡状态，其有利于分离放电产生活性粒子与自身热量。本发明不存在催化剂易饱和、失效快的弊端，充分利用放电伴随的热量，提高了装置的能量利用效率。

附图说明

[0016] 下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

[0017] 图1为本发明杀菌消毒和自生热量降解臭氧的技术原理图；

[0018] 图2为本发明喷枪式反应器结构的透视图与外观图；

[0019] 图3为本发明喷枪式反应器结构的内部结构展开图；

[0020] 图4为本发明刀式反应器结构的透视图；

[0021] 图5为本发明刀式反应器结构的正视图；

[0022] 图6为本发明刀式反应器结构的俯视图；

[0023] 图7为本发明龙卷式反应器结构的展开图和外观图；

[0024] 图8为本发明龙卷式反应器结构的内部主要部件图；

[0025] 图9为本发明龙卷式反应器结构内部放电单元的透视图；

[0026] 附图标记说明：1、喷枪式结构；2、刀式结构；3、龙卷式结构；

[0027] 1‑1、陶瓷隔热罩；1‑2、接地电极；1‑3、高压电极；1‑4、螺旋导热片；1‑5、气流起旋器；1‑6、绝缘套管；1‑7、接地固定支架；

[0028] 2‑1、隔热罩；2‑2、接地刀片电极；2‑3、高压刀片电极；2‑4、接地侧橡胶垫片；2‑5、高压侧橡胶垫片；2‑6、第一固定夹板；2‑7、第二固定夹板；2‑8、第一导流板；2‑9、第二导流板；2‑10、第三导流板；2‑11、第四导流板；2‑12、第一固定螺栓；2‑13、第二固定螺栓；2‑14、第三固定螺栓；2‑15、第四固定螺栓；2‑16、高压接线柱；2‑17、低压接线柱；2‑18、进气管；

[0029] 3‑1、隔热罩；3‑2、散气罩；3‑3、螺旋导热片；3‑4、导热壁；3‑5、起旋进气口；3‑6、高压导线入口；3‑7、主进气口；3‑8、绝缘底盘；3‑9、通气卡盘；3‑10、接地螺旋电极；3‑11、高压电极。

具体实施方式

[0030] 如图1所示，一种自生热量降解臭氧的等离子体发生装置，待处理的空气进入到自生热量降解臭氧的等离子体发生装置后，采用空气滑动弧放电原理；首先空气在活性粒子作用下杀菌消毒，之后在自身放电之后产生的高温下，对臭氧进行降解，实现空气净化。相比于现有的催化吸附降解和高温分解的技术思路，本发明不存在催化剂易饱和、失效快的弊端，充分利用放电伴随的热量，提高了装置的能量利用效率。

[0031] 如图2‑3所示，包括喷枪式结构1，所述喷枪式结构1包括陶瓷隔热罩1‑1、接地电极1‑2、高压电极1‑3、螺旋导热片1‑4、气流起旋器1‑5、绝缘套管1‑6和接地固定支架1‑7；所述高压电极1‑3安装在所述气流起旋器1‑5的中心位置上，所述气流起旋器1‑5安装在所述绝缘套管1‑6的内部，所述绝缘套管1‑6安装在所述接地固定支架1‑7上；所述接地电极1‑2的端部螺纹连接在所述接地固定支架1‑7上，所述气流起旋器1‑5和高压电极1‑3位于所述接地电极1‑2的内部；所述螺旋导热片1‑4套设在所述接地电极1‑2外部，所述陶瓷隔热罩1‑1套在所述螺旋导热片1‑4的外部。所述高压电极1‑3、气流起旋器1‑5和绝缘套管1‑6均固定安装在所述接地固定支架1‑7上。所述接地电极1‑2内部安装与台阶，所述台阶与所述气流起旋器1‑5端部相配合，用于锁住气流起旋器1‑5和高压电极1‑3。

[0032] 喷枪式结构装置工作时，高压电极1‑3通过绝缘套管1‑6下方的圆孔与外部高电压相连，接地固定支架1‑7直接与地电位相连，高压电极1‑3顶部与接地电极1‑2出口处击穿产生电弧放电。待处理的空气从绝缘套管1‑6底部边缘的小孔进入，穿过气流起旋器1‑5后开始旋转并相对均匀地扩散至整个接地电极1‑2的内部，拉长电弧丝，使放电从局部热力学平衡态转变为非平衡状态，进而产生丰富的含氧含氮活性粒子起到杀菌消毒的作用。与此同时，螺旋导热片1‑4将接地电极1‑2上的高温传导并扩散至整个陶瓷隔热罩1‑1内部，等离子体处理后的空气气流撞上陶瓷隔热罩1‑1并沿其内壁向后扩散，当穿过由螺旋导热片1‑4形成的高温区域时，残留的臭氧开始降解。

[0033] 如图4所示，包括刀式结构2，所述刀式结构2包括隔热罩2‑1、接地刀片电极2‑2、高压刀片电极2‑3、接地侧橡胶垫片2‑4、高压侧橡胶垫片2‑5、第一固定夹板2‑6、第二固定夹板2‑7、第一导流板2‑8、第二导流板2‑9、第三导流板2‑10、第四导流板2‑11、第一固定螺栓2‑12、第二固定螺栓2‑13、第三固定螺栓2‑14、第四固定螺栓2‑15、高压接线柱2‑16、低压接线柱2‑17和进气管2‑18；所述第一固定夹板2‑6和第二固定夹板2‑7将所述接地刀片电极2‑
2、高压刀片电极2‑3和进气管2‑18夹在中间，两侧分别用接地侧橡胶垫片2‑4和高压侧橡胶垫片2‑5封住以防漏气；所述第一导流板2‑8、第二导流板2‑9、第三导流板2‑10和第四导流板2‑11紧贴在所述第一固定夹板2‑6和第二固定夹板2‑7的外侧，所述隔热罩2‑1套在所述第一导流板2‑8、第二导流板2‑9、第三导流板2‑10和第四导流板2‑11的外侧，所述第一固定螺栓2‑12、第二固定螺栓2‑13、第三固定螺栓2‑14和第四固定螺栓2‑15将所述第一固定夹板2‑6和第二固定夹板2‑7固定连接在一起。所述高压接线柱2‑16位于所述高压刀片电极2‑
3上，所述低压接线柱2‑17位于所述接地刀片电极2‑2上，所述进气管2‑18安装在所述高压刀片电极2‑3和接地刀片电极2‑2之间形成的发电区间上。

[0034] 正常工作时，刀型结构装置中的接地刀片电极2‑2和高压刀片电极2‑3分别从低压接线柱2‑17和高压接线柱2‑16连接地电位和高电压，在两刀片电极的间距最小处击穿形成电弧放电。空气从进气管2‑18进入放电区间，吹动弧丝向上滑动，放电有局部平衡态转变为非平衡状态，产生大量的氧化性活性粒子，实现杀菌消毒。图5和图6分别给出了刀型结构装置的正视图和俯视图。可以看出，当气流抵达隔热罩2‑1顶部后，会沿着其两壁向下流动，并被四块导流板约束至放电击穿区域的外侧。由于气体放电产生的热量会透过固定夹板，形成局部高温区域，所以当气体流经该区域时，空气中的残留臭氧会自动降解。

[0035] 如图7‑9所示，包括龙卷式结构3，所述龙卷式结构3包括隔热罩3‑1、散气罩3‑2、螺旋导热片3‑3、导热壁3‑4、起旋进气口3‑5、高压导线入口3‑6、主进气口3‑7、绝缘底盘3‑8、通气卡盘3‑9、接地螺旋电极3‑10和高压电极3‑11；所述导热壁3‑4外侧套设有螺旋导热片3‑3；所述导热壁3‑4上端安装有通气卡盘3‑9，下端安装有绝缘底盘3‑8；所述散气罩3‑2固定于通气卡盘3‑9的顶部，所述隔热罩3‑1套在螺旋导热片3‑3的外部；所述通气卡盘3‑9的外侧壁上安装有起旋进气口3‑5，所述绝缘底盘3‑8的底部开设有若干个主进气口3‑7和高压导线入口3‑6；所述导热壁3‑4内部安装有接地螺旋电极3‑10，所述接地螺旋电极3‑10的底部连接有高压电极3‑11，所述高压电极3‑11连接有所述高压导线入口3‑6。所述通气卡盘
3‑9倒扣在绝缘底盘3‑8上，所述通气卡盘3‑9使得高压电极3‑11与接地螺旋电极3‑10的端部留有1～3mm的间隙。

[0036] 工作时，高压电极3‑11从绝缘底盘3‑8的高压导线入口3‑6连接至高压电源，而接地螺旋电极3‑10通过通气卡盘3‑9和起旋进气口3‑5与外部地电位相连；待处理的空气从主进气口3‑7进入通气卡盘3‑9内，与从侧面起旋进气口3‑5进入的气流一道形成小型龙卷风。小型龙卷风不仅可以拉长弧丝，促使放电向非平衡态转变，还能将放电产生的热量均匀地扩散到通气卡盘3‑9的器壁上，并通过螺旋导热片3‑3传导出去。消毒后的空气从散气罩3‑2扩散至整个隔热罩3‑1内，并沿着高温的螺旋导热片3‑3向下流动，在此过程中，空气中残留的臭氧余热逐渐分解。

[0037] 以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。