阅读说明：本技术 便携式多功能空气净化方法与装置 (Portable multifunctional air purification method and device ) 是由 上官文峰 朱勇 陈铭夏 于 2020-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种便携式多功能空气净化方法与装置,包括：(a)将直流供电电源连接直流变压器输出产生净化空气等离子体所需的超高电压；(b)将直流变压器输出的超高电压连接等离子体发生装置的放电电极,同时将另一极接地；(c)将催化模块放置到等离子体发生装置中高效催化空气污染物；(d)开启等离子体发生装置与自带风机对空气进行净化。该装置为高效去除PM25和有机挥发物(VOCs)等污染物提供了一种便携式多功能空气净化的装置。(The invention provides a portable multifunctional air purification method and a device, comprising the following steps: (a) connecting a direct current power supply with a direct current transformer to output ultrahigh voltage required by generating air purification plasma; (b) connecting the ultrahigh voltage output by the direct current transformer with a discharge electrode of the plasma generating device, and grounding the other electrode; (c) placing the catalytic module in a plasma generating device to efficiently catalyze air pollutants; (d) and starting the plasma generating device and purifying the air by a fan. The device provides a portable multifunctional air purification device for efficiently removing pollutants such as PM25 and Volatile Organic Compounds (VOCs).)

便携式多功能空气净化方法与装置

技术领域

本发明涉及空气净化领域，具体地，涉及一种便携式多功能空气净化方法与装置。

背景技术

随着工业进程的发展，环境污染日益加剧，可吸入颗粒物、挥发性有机物、臭氧、氮氧化物等大气污染对人类的健康带来越来越严重的威胁。尤其地，对于室内环境或封闭空间来说，由于烹饪吸烟等人为行为带来的颗粒污染物以及装修、家具等油漆与胶类物质挥发出的挥发性有机物，隐匿于人们无时无刻不在呼吸的空气中，虽然看不见摸不着，但是对人类的健康影响巨大，成为潜在的危害物。在空气净化领域，尤其是用于室内或密闭空间中的技术与装备，逐渐引起了人们的重视，相关设备的研发也迫在眉睫。

目前的空气净化技术中，过滤法、静电法、吸附法以及催化法是常规的技术手段。等离子体是由多种活性粒子(电子、光子、正离子、负离子)以及自由基组成的呈电中性的集合体，是除气液固三台之外存在的第四种物质形态，具有高化学反应活性和导电性。其中，低温等离子体由于其利用高能电子、离子、自由基等活性粒子使污染物分子能在极短的时间内激发、电离和离解而达到降解有机污染物以及灭菌的目的，且在室温下进行、反应迅速、效率高而成为一种可靠的空气净化技术。但是，常规的等离子体技术的高压供应采用的交流电源极大限制了等离子体向可移动性以及便携性的发展，而且高压交流电器件的造价昂贵，价格是一般可调直流高压电源的数十倍，位置固定、电力限制、成本高昂等这些因素使得目前对于低温等离子体的研究局限于高校以及科研院所，虽然目前低温等离子体在治理挥发性有机物方面取得了一些成果，但距离实际应用、成果转化还有较大差距。

专利文献CN202010340316.0公开了一种等离子体发生装置，其公开的设备具有多个放电发生筒，能够高效地生产低温等离子体，但是其装置结构复杂，对放电极与接地极的材料要求较高。专利文献CN202010443188.2公开了一种新型的低温等离子体催化装置，其发明的装置可以有效达到VOCs的治理和转化，提升工作效率以及目标产物的选择性，但是由于其催化系统的加入，使其工作原理与结构都变得异常复杂，且拓展性较差。

专利文献CN201811507227.X公开了一种低温等离子体空气净化设备，其提供的设备在净化室内空气的同时还可以根据氧气的含量为室内提供新风，但是其可移动性与便携性都不够理想，应用场合受到限制。

随着技术的革新与进步，人们对于洁净、健康、舒适的空气环境要求也变得更加苛刻。低温等离子体技术配合催化手段，在保证高效催化分解挥发性有机物的同时，又可以应用静电捕集原理去除颗粒物，等离子体发生装置电晕放电时产生的臭氧对挥发性有机物的去除也有显著帮助，未反应的臭氧在通过催化模块时被催化去除，无二次污染，多领域交叉互补可以为低温等离子体技术在空气净化领域产业化提供坚实的基础和可靠的保障。但是，正如上文所述，目前相关的技术还存在诸多问题，如等离子体装置结构复杂，加工成本过高，便携性与移动性不够理想，催化模块的实用性较差，对于空气的净化效率较低，不能全方位实现空气洁净等，因此，本领域迫切需要开发一种等离子体催化耦合技术，方法可行，装置简单，原理新颖，风阻小，成本低，设备可便携移动，工作场合不受限制，可实现多种污染物同时去除，净化效率高，无二次污染。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种便携式多功能空气净化方法与装置。

根据本发明提供的一种便携式多功能空气净化装置，其特征在于，包括：

用于提供能量来源的直流供电电源装置1，包括：电池，电线以及电源开关；

与直流供电电源装置1相连接的、用于输出能够产生等离子体的超高电压的直流变压器2，包括：电路板，高压包模块；

与直流变压器2连接的、用于产生等离子体的发生装置3，包括：外壳、放电电极及接地极；

放置于等离子体发生装置3内部的、由于催化分解臭氧以及挥发性有机物的催化模块4，包括：催化剂载体和催化剂颗粒；

与等离子体发生装置3连接的、用于提供气流动力的风机5，包括：风机主体、滤网以及风机开关；

所述电池通过电线与电源开关相连；

所述高压包模块设置于电路板上；

所述放电电极及接地极相对设置于外壳上；

所述催化剂颗粒设置于催化剂载体上；

所述风机主体与风机开关相连；

所述滤网设置于风机主体上。

优选地，还包括：装置外壳，工作指示灯；

所述装置外壳设置于便携式多功能空气净化装置的外部；

所述工作指示灯设置于外壳上。

优选地，所述电池采用可充电电池；

所述电池的外部设置有充电接口；

所述电池能够搭配5伏或12伏适配器进行二次充电。

优选地，所述直流变压器2采用电路板芯片；

所述直流变压器2的尺寸在10cm╳7cm╳2cm范围内。

直流变压器还可以包括安全开关。

优选地，所述等离子体发生装置3还包括：等离子体发生装置外壳。

所述等离子体发生装置外壳采用以下任一种材料：-塑料；-有机玻璃；

放置放电电极的等离子体发生装置外壳厚度为2mm-10mm，并进行等距打孔，孔径为0.5mm-2mm，孔距为5mm-20mm，打孔数为1个-10个。

所述放电电极采用以下任意一种材质：-金属铜；-金属铁；-金属镍；-金属钨。

长度为5mm-30mm，形状为针尖电极或芒刺电极，电极主体圆柱的直径为0.5mm-2mm，放电电极放置于等离子体发生装置外壳打孔处，放电电极的放电发生端朝向外壳内部，各个电极之间采用铜丝导线或铝制电路板连接。

所述放电电极采用串联方式，沿电极垂直方向依次分布，电极间距与外壳孔距一致，放电电极直径与外壳孔径相匹配；

所述接地极采用铝、铁、铜或不锈钢材料，所述接地极的形状为板状、线状、半圆状或圆筒状；

所述放电电极与接地极距离为1mm-10mm，接地极放置方向与放电电极方向垂直或平行；

所述催化剂载体采用以下任一种：-蜂窝铝；-蜂窝陶瓷；-玻璃纤维；-分子筛；

所述催化剂颗粒采用以下任一种或者多种：-锰系氧化物；-钴系氧化物；-铁系氧化物；-镍系氧化物；-铜系氧化物；-铈系氧化物。

根据本发明提供的一种便携式多功能空气净化方法，包括以下步骤：

步骤S1：将直流供电电源连接直流变压器用来输出净化空气的等离子体所需的超高电压；

步骤S2：将直流变压器输出的超高电压连接等离子体发生装置的放电电极，同时将另一电极接地；

步骤S3：将催化模块放置到等离子体发生装置中高效催化空气污染物；

步骤S4：开启等离子体发生装置与风机对空气进行净化，获取便携式多功能空气净化信息。

优选地，所述步骤S1包括：

步骤S1.1：直流供电电源可选用干电池或蓄电池，电压范围为5伏到24伏。

优选地，所述步骤S2包括：

步骤S2.1：直流变压器输出的超高电压范围为1千伏到10千伏，等离子体产生方式为直流电晕放电。

优选地，所述步骤S3包括：

步骤S3.1：催化模块采用以下任一种或者多种为载体：-蜂窝铝；-蜂窝陶瓷；-玻璃纤维；-分子筛；将催化模块负载能够高效催化分解臭氧及挥发性有机物的催化剂；

负载方法采用以下任一种：-水热法；-浸渍法；-涂敷法。

优选地，所述步骤S4包括：

步骤S4.1：风机采用电池组进行供电，风机作用形式为鼓风或抽风。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供了一种便携式等离子体发生方法与装置，同时，配合催化手段，可实现颗粒物污染物与挥发性有机物同时去除；

2、本发明的方法可行，装置简单，从而解决现有技术中存在的问题；

3、本发明结构合理，使用方便，能够克服现有技术的缺陷。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是根据本发明的一个实施方式的便携式多功能空气净化方法示意图。

图2是根据本发明的一个实施方式的直流等离子体发生器示意图及直流等离子体效果图。

图3是本发明中代表性的电极形状及其与接地极排布方式示意图。

图4是本根据本发明的一个实施方式的多功能空气净化原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本申请的发明人经过广泛而深入的研究，针对等离子体装置存在的结构复杂，移动性欠佳，空气净化应用性较差等问题，结合现有技术，提出了一种便携式等离子体空气净化方法与装置，对于等离子技术的成果转化与实际应用有切实可行的帮助，可有效促进等离子体技术在空气净化领域的进一步发展。

本发明的技术构思如下：

将常规等离子体技术中用来提供等离子体产生所需的高压交流电源转换为高压直流电源，采用高压包模块与可便携移动的干电池或蓄电池组合，使之前必须要依靠固定电源的等离子体装置可以进行随意移动而不受供电电源的场所限制；进一步，依靠直流等离子体的发生特点设计加工了结构简单，成本低廉，放电稳定的等离子体发生装置，放电产生的离子可对颗粒物荷电、捕集去除，产生的臭氧及高能粒子可参与挥发性有机物的氧化分解；再进一步地，结合催化手段，利用催化剂更加高效地分解去除污染空气中的挥发性有机物，并解决放电产生的臭氧带来的二次污染问题。

将可移动式的电源与自主设计加工的等离子体发生器相结合，降低了昂贵的交流高压电源成本，实现了等离子体装置的简易性与便携性，而且装置设计特点使得等离子体与催化手段可以有效结合，成本低廉，无二次污染，可实现空气的全面净化，这些技术特点都会推动等离子体技术在空气净化领域的进一步产业应用。

在本发明的第一方面，提供了一种便携式多功能空气净化的方法，该方法包括以下步骤：

a将直流供电电源连接直流变压器用来输出净化空气的等离子体所需的超高电压；

b将直流变压器输出的超高电压连接等离子体发生装置的放电电极，同时将另一极接地；

c将催化模块放置到等离子体发生装置中高效催化空气污染物；

d开启等离子体发生装置与风机对空气进行净化。

在本发明中，所述的直流供电电源可选用干电池或蓄电池，采用蓄电池时可以通过二次充电实现电池的可持续利用，依据高压包模块的所需输入电压，直流供电电源的电压范围为5伏到24伏。

在本发明中，所述的直流变压器输出的超高电压范围为1千伏到1千伏，具体电压的确立依据放电起晕与打火击穿的电压而定，起晕电压的影响因素包括电极尺寸、放电间距以及环境因素等。等离子体产生方式为直流电晕放电，放电稳定，功率小，等离子体区域通过器件设计(如电极尺寸、放电间距、电极材料、排布方式等)实现优化。

在本发明中，所述的催化模块采用蜂窝铝、蜂窝陶瓷、玻璃纤维、分子筛等为载体，负载可高效催化分解臭氧及挥发性有机物的催化剂。

在本发明中，所述的风机采用电池组进行供电，风机作用形式为鼓风或抽风。

在本发明的第二方面，提供了一种便携式多功能空气净化装置，该装置包括：

用于提供能量来源的直流供电电源装置，包括干电池或蓄电池主体，正负极电线以及开关；

与直流供电电源装置相连接的、用于输出能够产生等离子体的超高电压的直流变压器，包括电路板，高压包模块以及输入输出导线；以及

与直流变压器连接的、用于产生等离子体的发生装置，包括外壳、放电电极及接地极。

放置于等离子体发生装置内部的、由于催化分解臭氧以及挥发性有机物的催化模块(4)，包括催化剂载体和催化剂颗粒；

与等离子体发生装置连接的、用于提供气流动力的风机(5)，包括风机主体、滤网、开关与供电电池。

在本发明中，该装置还包括装置外壳，工作指示灯等。

在本发明中，所述的蓄电池采用可充电电池，外部有充电接口，可搭配5伏或12伏适配器进行二次充电。

在本发明中，所述的直流变压器采用电路板芯片设计方案，尺寸在1cm╳7cm╳2cm范围内，直流变压器还可以包括安全开关。

在本发明中，所述的放电装置外壳采用塑料或有机玻璃等绝缘材质的材料，放置放电电极的外壳厚度为2mm-1mm，并进行等距打孔，孔径为5mm-2mm，孔距为5mm-2mm，打孔数为1个-1个。

在本发明中，所述的放电电极采用金属铜、铁、镍、钨等材质，长度为5mm-3mm，形状为针尖电极或芒刺电极，电极主体圆柱的直径为5mm-2mm，放电电极放置于放电装置外壳打孔处，放电发生端朝向外壳内部，各个电极之间采用铜丝导线或铝制电路板连接。

在本发明中，所述的放电电极采用串联方式，沿电极垂直方向依次分布，电极间距与外壳孔距一致，放电电极直径与外壳孔径相匹配，接地极采用铝、铁、铜或不锈钢材料，形制为板状、线状、半圆状或圆筒状等，电极与接地极距离为1mm-1mm，接地极放置方向与放电电极方向垂直或平行。

在本发明中，所述的催化模块由催化剂载体与催化剂颗粒组成，载体为蜂窝铝、蜂窝陶瓷、玻璃纤维、分子筛等，催化剂颗粒为锰系氧化物、钴系氧化物、铁系氧化物、镍系氧化物、铜系氧化物、铈系氧化物中一种或多种组合，负载方法为水热法、浸渍法、涂敷法等。催化模块可放置于等离子体发生装置气流下游出口处，也可直接将负载于分子筛或玻璃纤维上的催化模块放置于等离子体发生装置的接地极板上面。

在现有技术中，等离子体产生所需的电源一般为高压交流电源，价格高昂，使用场合受限，依靠传统的介质阻挡放电形式功效高，装置结构复杂。本发明的方法将可移动式的电源与自主设计加工的等离子体发生器相结合，降低了昂贵的交流高压电源成本，实现了等离子体装置的简易性与便携性，等离子体发生方法简单稳定，并配合催化手段，在保证高效催化分解挥发性有机物的同时，又可以应用静电捕集原理去除颗粒物，等离子体发生装置电晕放电时产生的臭氧对挥发性有机物的去除也有显著帮助，未反应的臭氧在通过催化模块时被催化去除，无二次污染。本发明方法可行，装置简单，原理新颖，风阻小，成本低，设备可便携移动，工作场合不受限制，可实现多种污染物同时去除。

以下参看附图。

图1是根据本发明的一个实施方式的便携式多功能空气净化方法示意图。如图1所示，将直流供电电源(1)的正负极分别连接直流变压器(2)输入端的正负极接口，并连接控制开光，经高压包模块对输入的电压进行升压转换后，将产生直流等离子体所需的高电压输出连接到等离子体发生装置(3)的电极上面，在放电电极与接地极之间产生直流等离子体，放置于等离子体发生装置下游出口处的催化模块(4)可高效催化分解静电产生的臭氧与各类挥发性有机物，风机(5)可为空气净化提供气流动力。

图2(a)是根据本发明的一个实施方式的直流等离子体发生器示意图。如图2(a)所示，所述直流等离子体发生器包括半圆状接地极板，针尖状放电电极，连接各放电电极的导线以及外壳。

图2(b)是图2(a)中装置的直流等离子体效果示意图。如图2(b)所示，等离子体区域清晰明显，放电稳定。

图3是本发明中代表性的电极形状及其与接地极排布方式示意图。如图3(a)所示，电极形状为针尖状，接地极为平板状，电极与接地极呈垂直分布，此种排布方式适用于矩形截面等离子体发生器。如图3(b)所示，电极形状为针尖状，接地极为半圆状，电极与接地极呈垂直分布，此种排布方式适用于圆形截面等离子体发生器。如图3(c)所示，电极形状为芒刺状，接地极为平板状，电极与接地极呈平行分布，此种排布方式适用于矩形截面等离子体发生器。值得注意的是，图中所列出的仅是此发明中具有代表性的电极形状及其与接地极排布方式，包括但不限于这些形式。

图4是根据本发明的一个实施方式的多功能空气净化原理示意图。如图4所示，污染空气中含有颗粒物与挥发性有机物，进入等离子体发生装置后，放电时产生的离子可对颗粒物进行荷电作用，使颗粒物在电场力作用捕集到接地极板上而被去除，另外，放电时产生的臭氧及高能粒子对挥发性有机物有氧化分解作用，而未被分解的挥发性有机物及未参与反应的臭氧在等离子体发生装置下游的催化模块上可以实现高效催化分解，经过等离子体放电作用与催化模块后，污染空气被全面净化。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。

实施例1：

按照本发明的方法和装置对污染空气进行颗粒物捕集与挥发性有机物氧化、催化分解等净化处理。

该方法包括：采用8节15伏干电池作为直流供电电源，连接到直流变压器，变压器输出高压为6千伏，高压输出连接到等离子体发生装置的放电电极，催化模块放置于等离子体装置下游出口处，开启等离子体装置与抽风风机对空气进行净化处理。

该装置包括：具体地，直流供电电源，包括8节15伏干电池，控制开关，正负极连接导线；直流变压器，包括可输出6千伏高压的高压包模块，电路板芯片，安全开关与工作指示灯；等离子体发生装置，包括外壳，放电电极及接地极，更具体地，外壳采用有机玻璃材质，厚度2mm，截面为圆形，孔径为1mm，孔距为2mm，打孔个数为7个，放电电极采用钨金属材质，长度1mm，直径为1mm，形状为针尖状，针尖尺寸为25mm，电极个数为7个，各个电极之间采用铜丝导线以串联方式连接，接地极采用铝材，形制为半圆状，电极与接地极距离为5mm，接地极放置方向与放电电极方向垂直；催化模块，包括蜂窝铝载体与负载的二氧化锰催化剂；风机，包括风机主体，供电电池，开关和滤网。

测试条件：

在125立方仓内点燃1根香烟，采用电风扇将其混合均匀，然后将上述装置放入其中并开启3分钟，初始PM25颗粒物浓度为18pcs/mL,甲醛浓度为12ppm。

实验结果:

经空气净化处理后，PM25颗粒物浓度为5pcs/L,甲醛浓度为2ppm。

实施例2：

按照本发明的方法和装置对污染空气进行颗粒物捕集与挥发性有机物氧化、催化分解等净化处理。

该方法包括：采用1节12伏可充电蓄电池作为直流供电电源，连接到直流变压器，变压器输出高压为4千伏，高压输出连接到等离子体发生装置的放电电极，催化模块放置于等离子体装置下游出口处，开启等离子体装置与抽风风机对空气进行净化处理。

该装置包括：具体地，直流供电电源，包括1节12伏可充电蓄电池，控制开关，正负极连接导线；直流变压器，包括可输出4千伏高压的高压包模块，电路板芯片，安全开关与工作指示灯；等离子体发生装置，包括外壳，放电电极及接地极，更具体地，外壳采用有机玻璃材质，厚度5mm，截面为矩形，孔径为8mm，孔距为15mm，打孔个数为1个，放电电极采用钨金属材质，长度1mm，直径为8mm，形状为针尖状，针尖尺寸为2mm，电极个数为1个，各个电极之间采用铜丝导线以串联方式连接，接地极采用铝材，形制为平板状，电极与接地极距离为3mm，接地极放置方向与放电电极方向垂直；催化模块，包括蜂窝铝载体与负载的二氧化锰催化剂；风机，包括风机主体，供电电池，开关和滤网。

测试条件：

在125立方仓内点燃1根香烟，采用电风扇将其混合均匀，然后将上述装置放入其中并开启6分钟，初始PM25颗粒物浓度为18pcs/mL,甲醛浓度为12ppm。

实验结果:

经空气净化处理后，PM25颗粒物浓度为pcs/L,甲醛浓度为ppm。

实施例3：

按照本发明的方法和装置对污染空气进行颗粒物捕集与挥发性有机物氧化、催化分解等净化处理。

该方法包括：采用1节12伏可充电蓄电池作为直流供电电源，连接到直流变压器，变压器输出高压为5千伏，高压输出连接到等离子体发生装置的放电电极，催化模块放置于等离子体装置下游出口处，开启等离子体装置与抽风风机对空气进行净化处理。

该装置包括：具体地，直流供电电源，包括1节12伏可充电蓄电池，控制开关，正负极连接导线；直流变压器，包括可输出2千伏高压的高压包模块，电路板芯片，安全开关与工作指示灯；等离子体发生装置，包括外壳，放电电极及接地极，更具体地，外壳采用有机玻璃材质，厚度5mm，截面为矩形，孔径为1mm，孔距为2mm，打孔个数为7个，放电电极采用钨金属材质，长度2mm，直径为1mm，形状为芒刺状，芒刺针尖尺寸为1mm，芒刺针尖个数为5个，间距为2mm，依次错落分布，各个电极之间采用铜丝导线以串联方式连接，接地极采用铝材，形制为平板状，电极与接地极距离为3mm，接地极放置方向与放电电极方向平行；催化模块，包括蜂窝铝载体与负载的二氧化锰催化剂；风机，包括风机主体，供电电池，开关和滤网。

测试条件：

在125立方仓内点燃2根香烟，采用电风扇将其混合均匀，然后将上述装置放入其中并开启3分钟，初始PM25颗粒物浓度为35pcs/mL,甲醛浓度为25ppm。

实验结果:

经空气净化处理后，PM25颗粒物浓度为16pcs/L,甲醛浓度为5ppm。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。