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：室內空氣污染，尤其是二手煙塵和烹調油煙中的極細微顆粒性污染物已經成為危害人類健康的超級殺手。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，形成主動被動雙重進氣，形成空氣流通循環，解決了人們生活中關于空氣的各種痛點，帶來居家更好的體驗，讓人們享受高品質的生活。

關鍵詞：等離子;空氣消毒;凈化器;高效;實驗

空氣環境是人類賴以生存的空間，日常家庭生活中，室內空氣質量和人的生存質量以及健康狀況關系密切。統計顯示，戶內空氣的細小污染物一般為同地區戶外濃度的3-10倍，甚至可能達到100倍以上。室內空氣污染，尤其是二手煙塵和烹調油煙中的極細微顆粒性污染物已經成為危害人類健康的超級殺手。伴隨著人們生活水平的不斷提高，為了提升生活品質，人們對室內空氣凈化設備的需求量越來越大。但目前市面的空氣凈化器存在一些諸如結構復雜，維護困難，后期使用與維護成本高，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 系統構成

高效空氣擠壓式空氣凈化消毒器，包括箱殼，風扇，負離子發生器，氣流擋板，紫外線（UVC）發生器等，風扇位于箱殼兩側內部向前偏轉60°角左右，空氣流動的通道設有導流板，利用不對稱電極放電吸附污染物，內部特殊結構設計使空氣快速大量通過空氣凈化器，同時內部負離子發生器釋放負電荷使塵埃帶電，帶電顆粒吸附普通細小顆粒，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，形成了主動被動雙重進氣，形成空氣流通循環，在傳統單方式進氣的基礎上，不增加風扇數量和風扇功率大幅度提高了進氣流量，提高了進氣效率。凈化器內部利用不對稱電極的電場，電暈放電，出現高密度的負離子體，通過高能電子、離子、自由基和紫外光結合作用，完成對PM2.5等微塵的吸附、細菌病毒的殺滅、TSP和各種有害氣體的減少等污染。在空氣流經機器的同時，處于凈化器內部的負離子發生器會出現大量負電離子，這些帶負電的離子可把一部分流經凈化器空氣中的極細小塵埃顆粒（包括PM10，PM2.5以及更小微粒等）帶上負電荷，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。同時大量空氣在流經凈化器內部時，兩側的紫外線燈發射UVC頻段紫外線，對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的物理殺菌方式，其原理是利用紫外線在適宜的波長內，可以破壞微生物細胞中DNA和RNA的分子結構，使易生長細胞和可再生細胞死亡，最終達到殺菌消毒的效果。

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清潔過的空氣。空氣進入吸收塔之后，由于氣流的作用會一直上升，到達上部的傘形結構時，顆粒物會被擋住，最終層層降落到吸收塔底部。而干凈的空氣會持續一直上升，直至排出干凈的空氣，如右圖所示。

2 實驗對比

經試驗發現，紫外線殺菌的波長段UVC處于280～200nm范圍內，殺菌的效果最明顯。UVC處在吸收峰范圍里，可在1s之內殺死微生物。對比另外三種有效波長段，UVA和UVB由于不處于微生物吸收峰范圍里，殺菌速度慢，需要長時間才能有效果，在數秒鐘水力的停留時間內，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，但是在半導體行業降解水中的TOC，作用效果不明顯，不用于殺菌和消毒。本產品使用紫外線消毒，它不向水中添加任何物質，無毒無害，這就是它相對于氯化消毒的優勢，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。另外凈化的全過程無任何耗材參與，所以避免了傳統空氣凈化器的二次投入。

3 結語

采用等離子除塵技術設計的無需耗材空氣凈化、可以殺菌消毒的空氣凈化器。（1）綠色節能。由于使用的各種發生器均為低電壓設備（12V直流），且電流很小，所以非常節能，一般峰值功率10W左右，遠不及手機充電器的功率，與市面上傳統的靜電式、水幕式凈化器相比，有效地節省能源，做到綠色標準。（2）凈化效率高.本產品使用兩部風扇，消耗兩部風扇的電能，但由于空氣擠壓作用，使得單位時間內實際流經凈化器的空氣體積遠遠大于普通管路式或涵道式凈化器。（3）殺菌效果明顯。本產品可在1s以內完成破壞、殺死病毒和細菌，可以根除，使易生長細胞和可再生細胞死亡。

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作者簡介：劉英建（1998-），男，漢族，河北承德人，本科，河北農業大學在讀生，研究方向：機械設計制造及其自動化。