專利名稱：引入磁場的室內空氣凈化方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電氣領域與環(huán)境保護領域的交叉領域，涉及一種空氣凈化方法，特別涉及一種引入磁場的低溫等離子體室內空氣凈化方法。
背景技術：
目前，室內空氣的凈化方法主要有吸附、靜電、負離子、光催化、低溫等離子體等。吸附法是利用某些有吸附能力的物質如活性炭、Al2O3、硅膠和分子篩等吸附劑吸附空氣中懸浮物和少部分有害物質，從而達到消除有害污染物的目的。但該法對室內空氣中的異臭異味、病原菌、病毒、微生物以及裝飾裝修造成的空氣污染根本無法消除，同時存在著對環(huán)境造成二次污染，吸附材料難以再生重復利用，成本高的缺點。靜電技術用于室內空氣凈化可在有人的條件下進行持續(xù)動態(tài)的凈化消毒，并具有高效的除塵作用(除塵效率在90％以上)以及能同時除菌等特點。但是該方法不能有效除去室內空氣中的有害氣體如VOCS。負離子能使細菌蛋白質表層的電性兩級顛倒，促使細菌死亡，達到消毒與滅菌的目的，但是該法不能使塵埃徹底清除出室內，而且不能有效地降解有機污染物。光催化法能有效去除室內空氣里的有機污染物以及殺滅微生物，但是它不能解決室內空氣中的懸浮物及危害很大的細微顆粒物問題，同時催化劑微孔容易被灰塵和顆粒物等堵塞而致使催化劑失活。低溫等離子技術能有效去除室內的懸浮顆粒和有機污染物，但是存在著凈化效率不高的缺點。

發(fā)明內容
針對上述現有技術中存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種引入磁場的室內空氣凈化方法，能夠提高凈化效率、成本低、體積小、智能化地去除空氣中的有害懸浮顆粒和有害氣體。
為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是(1)利用引入磁場地電暈放電等離子體去除空氣中的有害懸浮顆粒1)預荷電集塵電極由交錯排列的不銹鋼集塵板構成，隔層的集塵板電氣相連，其中接地集塵板的一側上固定有預荷電放電針，每排3-4根，針距為20mm，每根針20mm長，另一側固定有負離子放電針，每排6根，針距為10mm，每根針20mm長，高壓集塵板與接地集塵板間的間距為1.5cm-2.0cm；2)在預荷電集塵電極的兩端施加高壓直流電源，電壓在-6kV到-6.5kV之間；3)在預荷電集塵電極的兩端設置永磁體，永磁體間距為4.5cm-6cm，永磁體的矯頑力為600-900kA/m，且需使產生的磁場方向與所施加的靜電場方向一致。
(2)利用引入磁場的脈沖放電等離子體去除空氣中的有害氣體1)低溫等離子體放電電極是針—板電極，固定有放電針的高壓極上共有6排放電針，每排3-4根，針距為17mm，每根針20mm長，等離子體放電電極的高壓極與接地極之間的距離為2cm-3cm；2)低溫等離子體放電電極兩端施加高壓窄脈沖電源，脈沖電壓為幅值20kV-22kV，上升時間為10μs，脈沖頻率為100Hz；3)在低溫等離子體放電電極兩端設置永磁體，永磁體產生35mT左右的磁感應強度，且磁場的方向與所施加的電場方向一致。
本發(fā)明由于引入磁場，其除塵效率都遠遠高于沒有磁場的情況，除塵效率大概提高了4倍左右，在同樣引入磁場的情況下，加平行磁場比加垂直磁場的凈化效率有明顯的提高。
本發(fā)明利用集塵電源產生負離子，減少了凈化器體積，節(jié)約了成本。
采用本發(fā)明的針板間距，在引入磁場后其凈化效率最高。


圖1為預荷電集塵電極示意2為不同大小磁場對凈化效率的影響圖3為磁場方向對凈化效率的影響圖4為等離子體放電電極示意5為不同初速度的電子在恒定電磁場中的運動軌跡圖6為磁場對二氧化硫去除效率的影響具體實施例附圖為本發(fā)明的具體實施例；下面結合附圖對本發(fā)明的內容作進一步詳細說明(1)利用引入磁場地電暈放電等離子體去除空氣中的有害懸浮顆粒參照圖1所示，其中，1為永磁體，2為高壓集塵板，3為接地集塵板，4為負離子放電針，5為預荷電集塵放電針。預荷電集塵電極由交錯排列的不銹鋼高壓集塵板2和接地集塵板3構成，隔層的高壓集塵板2和接地集塵板3電氣相連，其中一極的一側上固定有預荷電放電針5，每排3-4根，針距為20mm，每根針20mm長，另一側固定有負離子放電針4，每排6根，針距為10mm，每根針20mm長，高壓集塵板2與接地集塵板3間的間距為1.5cm-2.0cm。在預荷電集塵電極的兩端施加高壓直流電源，電壓在-6kV到-6.5kV之間。在預荷電集塵電極的兩端設置的永磁體1間距為4.5cm-6cm，永磁體1的矯頑力為600-900kA/m，且需使產生的磁場方向與所施加的靜電場方向一致。
預荷電集塵利用針狀電極(放電針)形成不均勻電場，發(fā)生電暈放電產生等離子體，其中包含的大量電子和正負離子在電場梯度的作用下，和空氣中的有害粒子發(fā)生非彈性碰撞，附著在上面，使之成為荷電粒子，在外加電場力的作用下，被集塵板所吸附。其處理過程分三個階段[4](1)e+M(污染物分子)→M-；(2)M-+SP(有害粒子)→(SPM)-；(3)(SPM)-→SPM(沉積在集塵板上)。
粒子在荷電區(qū)荷電后，由于對流風扇作用進入集塵區(qū)。具有初速的荷電粒子在電場力(fe＝qE，fe電場力；q粒子電量；E電場強度。)作用下被集塵板吸附，軌跡成拋物線狀，部分粒子由于初速過大可能從集塵板間逸出。如圖1所示，當在集塵板3間加入方向與電場平行的磁場(平行磁場)后，被荷電的粒子還受到洛倫茲力(fm＝qv×B，fm洛倫茲力；q粒子電量；v粒子初速；B磁感應強度。)作用，使粒子有圓周運動的趨勢，圓周平面與紙面垂直，圓周運動半徑r＝mvsinθ/qB(r圓周運動半徑；m粒子質量；v粒子初速；θ粒子初速方向與磁感應強度方向的夾角q粒子電量；B磁感應強度。)，fe和fm共同作用使粒子做螺旋運動，螺旋軸平行于圖1所示的磁感應強度B的方向，螺旋面垂直于紙面，從而延長了粒子在集塵板3間停留的時間，有效地抑制了粒子從集塵板3間的逸出，凈化效率得以提高。
在圖1的負離子放電針4上加較高的負電壓，電壓在-6kV到-6.5kV之間，使之在空氣中放電，將空氣離解為電子、負離子和正離子。因為電極上為負電壓，在空間產生的電場使電子和負離子逆著電極運動，向空間擴散，同時吸引正離子，電子與空氣中的氣體分子特別是電負性較強的氣體分子結合形成帶負電的粒子。這樣通過負電極放電就產生了大量帶負電的粒子，在外加風力的作用下擴散到室內空間，發(fā)揮其凈化空氣的作用。本發(fā)明利用集塵電源產生負離子，減少了凈化器體積，節(jié)約了成本。
參照圖2所示，為不同大小磁場對凈化效率的影響，橫坐標為凈化時間，縱坐標CPM為所用空氣粉塵儀上所顯示的污染物相對質量濃度，與污染物濃度成線性關系，用來表示污染物濃度。磁體間距越大，加在集塵區(qū)的磁場越小。永磁體3間距為4.5cm和6cm時，凈化效率比較高。
參照圖3所示，為磁場方向對凈化效率的影響，圖中縱坐標軸表示凈化時間tp，橫坐標表示不同的電暈放電電壓U。在放電電壓分別為-4500V、-5000V、-5500V和-6000V的情況下，測量了不加磁場、加平行磁場及加垂直磁場時的凈化時間，圖中柱體的高度表示在凈化過程中，數字粉塵儀所顯示的CPM值從2500下降到300時所用的時間。無論是在那個等級的電壓下，引入磁場情況下的除塵效率都遠遠高于沒有磁場的情況，除塵效率大概提高了4倍左右，在同樣引入磁場的情況下，加平行磁場比加垂直磁場的凈化效率有明顯的提高。
(2)利用引入磁場的脈沖放電等離子體去除空氣中的有害氣體參照圖4所示，6為等離子體放電電極的接地極，7為等離子體放電電極的高壓極，8為等離子體放電針，低溫等離子體電極是針-板電極，固定有等離子體放電針8的一極上共有6排放電針，每排3-4根，針距為17mm，每根針20mm長，針-板之間的距離為2cm-3cm。在低溫等離子體放電電極兩端施加高壓窄脈沖電源，脈沖電壓為幅值20kV-22kV，上升時間為10μs，脈沖頻率為100Hz。在低溫等離子體放電電極兩端設置永磁體1，永磁體1產生35mT左右的磁感應強度，且磁場的方向與所施加的電場方向一致。
在上升沿陡峭的高壓脈沖作用下將會形成脈沖電暈放電，在放電電極周圍一定空間產生低溫等離子體。一方面，在產生低溫等離子體的過程中，高頻放電產生的瞬時高能量，足以打開某些有害氣體分子的化學鍵，使其分解成單質原子或無害分子。另一方面，低溫等離子體中會產生大量強氧化性的N、O、OH等自由基團，其產生的化學反應如下(1)(2)(3)(4)e+O2→2e+O+O+(5)(6)(7)(8)(9)(10)這些自由基團和有害氣體發(fā)生化學反應從而消除有害氣體。
本發(fā)明將磁場引入到低溫等離子體凈化有害氣體中，其影響主要有兩方面首先，在靠近放電針的空間區(qū)域，由于電場強度很大，電子在很短的路程上就能獲得較大的能量。當電子能量達到激發(fā)閾值時，開始發(fā)生非彈性碰撞。
參照圖5所示，圖中，縱坐標表示電子在垂直方向上的運動路程，橫坐標表示電子在水平方向上的運動路程，其中Ω=eBm,]]>η=em,]]>圖中的r=ηEΩ2,]]>m為電子質量，e為電子電量，B為磁感應強度，E為電場強度，v0為電子初速度。電子在電磁場中做螺旋運動，在軸向上的路程增加，滯留時間變長。因此，此時空間的亞穩(wěn)態(tài)碰撞、激發(fā)態(tài)碰撞、電離碰撞頻率都比無磁場快許多，因而在單位時間內能將會產生更多的去除有害氣體的自由基團，使得脫硫脫硝效率極大得提高。
另外，有害氣體進入低溫等離子體時將會被荷電成為帶電粒子，在電場力和磁場力的共同作用下，電荷粒子的運動軌跡也為復雜的旋流軌跡，其的回旋半徑r為r=mv⊥qB----(11)]]>式中 v⊥-帶電粒子在垂直于磁場方向上的速度；m-帶電粒子的質量；q-帶電粒子電量；B-磁場大小。
有害氣體分子的這種旋流運動使得它們在等離子體內部停留的時間變長，從而延長了和自由基團接觸的時間，使得有害氣體能被充分凈化。因此只要引入適當磁場，就能使去除效率得到提高。
參照圖6所示，為磁場對二氧化硫去除效率的影響，橫坐標為去除時間，縱坐標為去除效率。在放電電極間加入了恒定磁場，磁場的方向與放電針方向平行，磁感應強度B大小為35mT。實驗時脈沖電壓的峰值為20kV，頻率為100Hz，放電電極的放電針的數目為4排，在改變放電電極的針板間距的時候保持磁場強度不變。從圖6可以看出，當針板間距為3cm時，引入磁場后的去除效率最高。
具體方法是(1)預荷電集塵電極由交錯排列的不銹鋼集塵板構成，隔層的高壓集塵板2和接地集塵板3電氣相連，其中一極的一側上固定有預荷電放電針5，每排3-4根，針距為20mm，每根針20mm長，另一側固定有負離子放電針4，每排6根，針距為10mm，每根針20mm長，高壓集塵板2和接地集塵板3間的間距為1.5cm-2.0cm；在預荷電集塵電極的兩端施加高壓直流電源，電壓在-6kV到-6.5kV之間；在預荷電集塵電極的兩端設置永磁體1，永磁體1間距為4.5cm-6cm，永磁體1的矯頑力為600-900kA/m，且需使產生的磁場方向與所施加的靜電場方向一致。
(2)低溫等離子體放電電極是針—板電極，固定有等離子體放電針8的一極上共有6排放電針，每排3-4根，針距為17mm，每根針20mm長，針-板之間的距離為2cm-3cm；在低溫等離子體放電電極兩端施加高壓窄脈沖電源，脈沖電壓為幅值20kV-22kV，上升時間為10μs，脈沖頻率為100Hz；在低溫等離子體放電電極兩端設置永磁體1，永磁體1產生35mT左右的磁感應強度，且磁場的方向與所施加的電場方向一致。
權利要求
1.一種引入磁場的低溫等離子體室內空氣凈化方法，其特征在于，按以下方法實現(1)利用引入磁場地電暈放電等離子體去除空氣中的有害懸浮顆粒1)預荷電集塵電極由交錯排列的不銹鋼集塵板構成，隔層的集塵板電氣相連，其中接地集塵板(3)的一側上固定有預荷電放電針(5)，每排3-4根，針距為20mm，每根針20mm長，另一側固定有負離子放電針(4)，每排6根，針距為10mm，每根針20mm長，高壓集塵板(2)與接地集塵板(3)間的間距為1.5cm-2.0cm；2)在預荷電集塵電極的兩端施加高壓直流電源，電壓在-6kV到-6.5kV之間；3)在預荷電集塵電極的兩端設置永磁體(1)，永磁體間距為4.5cm-6cm，永磁體的矯頑力為600-900kA/m，且需使產生的磁場方向與所施加的靜電場方向一致。(2)利用引入磁場的脈沖放電等離子體去除空氣中的有害氣體1)低溫等離子體放電電極是針-板電極，固定有放電針的高壓極(7)上共有6排放電針(8)，每排3-4根，針距為17mm，每根針20mm長，等離子體放電電極的高壓極與接地極(6)之間的距離為2cm-3cm；2)低溫等離子體放電電極兩端施加高壓窄脈沖電源，脈沖電壓為幅值20kV-22kV，上升時間為10μs，脈沖頻率為100Hz；3)在低溫等離子體放電電極兩端設置永磁體(1)，永磁體(1)產生35mT左右的磁感應強度，且磁場的方向與所施加的電場方向一致。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種引入磁場的室內空氣凈化方法，特別涉及一種引入磁場的低溫等離子體室內空氣凈化方法。利用引入磁場地電暈放電等離子體去除空氣中的有害懸浮顆粒預荷電集塵電極接地集塵板的一側上固定有預荷電放電針，另一側固定有負離子放電針，高壓集塵板與接地集塵板間的間距為1.5cm－2.0cm；在預荷電集塵電極的兩端施加高壓直流電源，電壓在－6kV到－6.5kV之間；在預荷電集塵電極的兩端設置永磁體；利用引入磁場的脈沖放電等離子體去除空氣中的有害氣體本發(fā)明由于引入磁場，除塵效率大概提高了4倍左右，加平行磁場比加垂直磁場的凈化效率有明顯的提高。利用集塵電源產生負離子，減少了凈化器體積，節(jié)約了成本。
文檔編號B01D53/74GK1672777SQ20041007357
公開日2005年9月28日 申請日期2004年12月31日 優(yōu)先權日2004年12月31日
發(fā)明者榮命哲, 柳晶晶, 王小華, 袁興成 申請人:西安交通大學