一種基于涵道式等離子空氣消毒凈化器的研究

劉英建 申靜怡 閆藝天 路通

摘?要：室內(nèi)空氣污染，尤其是二手煙塵和烹調(diào)油煙中的極細(xì)微顆粒性污染物已經(jīng)成為危害人類(lèi)健康的超級(jí)殺手。該空氣凈化器包括了除煙降塵、殺菌消毒、除霾等多種功能，采用空氣擠壓方式，形成主動(dòng)被動(dòng)雙重進(jìn)氣，形成空氣流通循環(huán)，解決了人們生活中關(guān)于空氣的各種痛點(diǎn)，帶來(lái)居家更好的體驗(yàn)，讓人們享受高品質(zhì)的生活。

關(guān)鍵詞：等離子;空氣消毒;凈化器;高效;實(shí)驗(yàn)

空氣環(huán)境是人類(lèi)賴(lài)以生存的空間，日常家庭生活中，室內(nèi)空氣質(zhì)量和人的生存質(zhì)量以及健康狀況關(guān)系密切。統(tǒng)計(jì)顯示，戶(hù)內(nèi)空氣的細(xì)小污染物一般為同地區(qū)戶(hù)外濃度的3-10倍，甚至可能達(dá)到100倍以上。室內(nèi)空氣污染，尤其是二手煙塵和烹調(diào)油煙中的極細(xì)微顆粒性污染物已經(jīng)成為危害人類(lèi)健康的超級(jí)殺手。伴隨著人們生活水平的不斷提高，為了提升生活品質(zhì)，人們對(duì)室內(nèi)空氣凈化設(shè)備的需求量越來(lái)越大。但目前市面的空氣凈化器存在一些諸如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，后期使用與維護(hù)成本高，以及體積龐大安全性低，噪音較大且凈化效率低下等等的弊端。

1 空氣凈化器

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

高效空氣擠壓式空氣凈化消毒器，包括箱殼，風(fēng)扇，負(fù)離子發(fā)生器，氣流擋板，紫外線（UVC）發(fā)生器等，風(fēng)扇位于箱殼兩側(cè)內(nèi)部向前偏轉(zhuǎn)60°角左右，空氣流動(dòng)的通道設(shè)有導(dǎo)流板，利用不對(duì)稱(chēng)電極放電吸附污染物，內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使空氣快速大量通過(guò)空氣凈化器，同時(shí)內(nèi)部負(fù)離子發(fā)生器釋放負(fù)電荷使塵埃帶電，帶電顆粒吸附普通細(xì)小顆粒，最后受重力影響沉降到底部。

1.2 等離子除塵原理

采用了空氣擠壓方式，形成了主動(dòng)被動(dòng)雙重進(jìn)氣，形成空氣流通循環(huán)，在傳統(tǒng)單方式進(jìn)氣的基礎(chǔ)上，不增加風(fēng)扇數(shù)量和風(fēng)扇功率大幅度提高了進(jìn)氣流量，提高了進(jìn)氣效率。凈化器內(nèi)部利用不對(duì)稱(chēng)電極的電場(chǎng)，電暈放電，出現(xiàn)高密度的負(fù)離子體，通過(guò)高能電子、離子、自由基和紫外光結(jié)合作用，完成對(duì)PM2.5等微塵的吸附、細(xì)菌病毒的殺滅、TSP和各種有害氣體的減少等污染。在空氣流經(jīng)機(jī)器的同時(shí)，處于凈化器內(nèi)部的負(fù)離子發(fā)生器會(huì)出現(xiàn)大量負(fù)電離子，這些帶負(fù)電的離子可把一部分流經(jīng)凈化器空氣中的極細(xì)小塵埃顆粒（包括PM10，PM2.5以及更小微粒等）帶上負(fù)電荷，由于普通塵埃不帶電，所以帶電塵埃可將附近大量不帶電的塵埃吸附在一起，從而形成較大的塵埃顆粒，當(dāng)顆粒體積大到一定程度，重量也隨之增大，依靠重力作用沉降到地面或凈化器腔體底部，起到凈化空氣作用。同時(shí)大量空氣在流經(jīng)凈化器內(nèi)部時(shí)，兩側(cè)的紫外線燈發(fā)射UVC頻段紫外線，對(duì)空氣流中的病原體起到高效殺滅作用。紫外線殺菌是一種常規(guī)的物理殺菌方式，其原理是利用紫外線在適宜的波長(zhǎng)內(nèi)，可以破壞微生物細(xì)胞中DNA和RNA的分子結(jié)構(gòu)，使易生長(zhǎng)細(xì)胞和可再生細(xì)胞死亡，最終達(dá)到殺菌消毒的效果。

1.3 空氣凈化器吸收塔

空氣凈化器吸收塔是一種利用物理方式的吸收裝置，二次清潔空氣凈化器已經(jīng)清潔過(guò)的空氣。空氣進(jìn)入吸收塔之后，由于氣流的作用會(huì)一直上升，到達(dá)上部的傘形結(jié)構(gòu)時(shí)，顆粒物會(huì)被擋住，最終層層降落到吸收塔底部。而干凈的空氣會(huì)持續(xù)一直上升，直至排出干凈的空氣，如右圖所示。

2 實(shí)驗(yàn)對(duì)比

經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，紫外線殺菌的波長(zhǎng)段UVC處于280～200nm范圍內(nèi)，殺菌的效果最明顯。UVC處在吸收峰范圍里，可在1s之內(nèi)殺死微生物。對(duì)比另外三種有效波長(zhǎng)段，UVA和UVB由于不處于微生物吸收峰范圍里，殺菌速度慢，需要長(zhǎng)時(shí)間才能有效果，在數(shù)秒鐘水力的停留時(shí)間內(nèi)，該部分不屬于紫外部分。在真空里紫外光穿透的能力弱，燈管須采用透光性好的石英，但是在半導(dǎo)體行業(yè)降解水中的TOC，作用效果不明顯，不用于殺菌和消毒。本產(chǎn)品使用紫外線消毒，它不向水中添加任何物質(zhì)，無(wú)毒無(wú)害，這就是它相對(duì)于氯化消毒的優(yōu)勢(shì)，從而使得前排氣口排出的空氣是清潔的，而且利用UVC頻段殺菌效果最好。另外凈化的全過(guò)程無(wú)任何耗材參與，所以避免了傳統(tǒng)空氣凈化器的二次投入。

3 結(jié)語(yǔ)

采用等離子除塵技術(shù)設(shè)計(jì)的無(wú)需耗材空氣凈化、可以殺菌消毒的空氣凈化器。（1）綠色節(jié)能。由于使用的各種發(fā)生器均為低電壓設(shè)備（12V直流），且電流很小，所以非常節(jié)能，一般峰值功率10W左右，遠(yuǎn)不及手機(jī)充電器的功率，與市面上傳統(tǒng)的靜電式、水幕式凈化器相比，有效地節(jié)省能源，做到綠色標(biāo)準(zhǔn)。（2）凈化效率高.本產(chǎn)品使用兩部風(fēng)扇，消耗兩部風(fēng)扇的電能，但由于空氣擠壓作用，使得單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際流經(jīng)凈化器的空氣體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通管路式或涵道式凈化器。（3）殺菌效果明顯。本產(chǎn)品可在1s以?xún)?nèi)完成破壞、殺死病毒和細(xì)菌，可以根除，使易生長(zhǎng)細(xì)胞和可再生細(xì)胞死亡。

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作者簡(jiǎn)介：劉英建（1998-），男，漢族，河北承德人，本科，河北農(nóng)業(yè)大學(xué)在讀生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。