一种空气净化装置及通风系统及轨道列车的制作方法

本发明涉及空气净化领域，具体而言，涉及一种空气净化装置及通风系统及轨道列车。

背景技术：

铁路空调列车是一个人流密集、相对封闭的空间，在使用过程中一般采取混合式通风方式，其中绝大部分是车内的回风，新风含量相对较少，车内长期缺少有效的换气，内部空气污染严重，尤其是列车上的厕所因其空气流通性最差，导致长期存在难闻的气味，加之封闭的列车车厢空间也会产生一氧化碳。

目前，国内铁路列车上采用的空气净化措施只是传统的空气预过滤的方式，不能有效地进行空气净化；且市面上多为过滤吸附型处理产品，须定期更换耗材，且对一氧化碳的处理效果不佳。

低温等离子体技术具有处理流程短、效率高、适用范围广等优点，但单独使用存在去除率偏低、能耗较高、产物降解不彻底等缺点，光催化技术具有易操作、能耗较低、二次污染少等优点，但也具有受紫外光源限制、催化剂易中毒失活的缺点。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种空气净化装置，将低温等离子体技术和光催化技术两种技术有效结合，极大的发挥了低温等离子体技术的优势，提升了光催化剂的催化效果，优化了低温等离子体技术和光催化技术的应用限制。

本发明还提供一种通风系统，将空气净化装置应用到通风系统中，省去了风机和耗材的过滤吸附单元，可以高效去除空气污染物。

本发明还提供一种轨道列车，将带有空气净化装置的通风系统应用到轨道列车上，使轨道列车车厢内的空气污染问题的解决成为可能。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种空气净化装置，包括净化单元，所述净化单元两侧分别与进气口和出气口连接；所述净化单元由并排设置的多个净化模块串接而成，所述净化模块包括放电反应器，所述放电反应器的放电区域设置光催化装置，放电反应器放电产生低温等离子体与光催化协同作用，净化处理经过净化模块的污染空气。

空气净化装置中设置放电反应器和光催化装置，使放电反应器产生的低温等离子体与光催化相结合产生协同作用，既可以提升低温等离子体的净化效果，也可以提升光催化剂的催化效果，对空气污染物的净化处理效果更好、更高效。

所述放电反应器包括放电电极，所述放电电极固定于电极框架上。放电电极产生低温等离子体对空气中的灰尘等颗粒物进行降解处理。

优选的，所述电极框架上还固定设置电场增强元件。设置电场增强元件可以提高电场强度，用于增加装置中的紫外光强度，省去了额外加设的紫外光源，达到降低能耗的目的。

优选的，所述放电电极为锯齿状电极，所述电极框架上平行布设多个锯齿状电极。强电场作用下，物体尖锐部分发生的一种放电现象称为尖端放电，属于一种电晕放电。原理是物体尖锐处曲率大，电力线密集，因而电势梯度大，致使其附近部分气体被击穿而发生放电。导体表面有电荷堆积时，电荷密度与导体表面的形状有关。在凹的部位电荷密度接近零，在平缓的部位小，在尖的部位最大。当电荷密度达到一定的量值后，电荷产生的电场会很大，以至于把空气击穿(电离)。此处电极设成锯齿状，增加了放电尖端，且尖端附近的电场特别强，可有效提高电场强度，进而提高放电效果。

所述光催化装置包括光催化层，所述光催化层由光催化材料制成。光催化可以将空气中的气态污染物氧化为二氧化碳和水，杀死病菌。

优选的，所述光催化层设置于放电反应器的上方。光催化层放于放电区域内即可，此处设为放电反应器的上方，安装方便，降低风阻，且光催化层不易受沉降的灰尘等的污染。

优选的，所述放电反应器下方设置有集尘槽。可以收集净化单元沉降的颗粒物，定期对集尘槽进行清扫即可，便于清洁。

优选的，所述进气口包括多个圆孔型结构。圆孔型结构可以增大进气面积。

优选的，所述出气口为网状型结构。出气口设成网状型结构可以最大化利用出口面积，适当降低风阻。

所述净化单元设置于箱体内，所述箱体内设置电源模块，电源模块为放电反应器提供电压。电源模块提供放电电极所需的电压，放电反应器使气体击穿产生低温等离子体，对空气进行净化。

优选的，所述箱体两侧部倾斜设置，进气口和出气口分别设置在箱体的两侧部。净化单元放置的外箱体两侧部倾斜设置，使得该装置的外形与现有的动车组列车的外形相匹配，更好的容置在列车车厢内。进气口和出气口分别设置在两侧部，可增加污染空气与处理模块的接触时间。

所述放电反应器和光催化装置均与气体流通通路平行设置。使污染空气与放电反应器和光催化装置的接触时间增长，净化效果更佳。

优选的，所述电场增强元件为钛酸钡陶瓷件。钛酸钡陶瓷件介电常数较高，可以很好的增强电场强度。

优选的，所述光催化材料为纳米二氧化钛。纳米二氧化钛的催化活性高，催化效率好，可以有效的去除空气中的污染物，并能很好的杀菌。

一种通风系统，包括如上所述的空气净化装置。

一种轨道列车，包括如上所述的通风系统。

本发明的有益效果为：

本发明将低温等离子体技术与光催化技术相结合，克服了长时间使用后光催化剂失活(颗粒物堵塞光催化载体、有机物附着光催化材料表面造成)对净化效率的影响，解决了低温等离子体技术单独使用时产物降解不彻底，产生二次污染的问题，提高了净化效率和光催化层的使用寿命；

本发明的空气净化装置在实施过程中，无需设置预过滤单元和风机，不需要更换滤材，降低使用及其操作成本；

本发明的空气净化装置在实施过程中，设置有用于收集净化单元中沉降去除的颗粒物，只需定期进行清扫即可，间接降低使用成本；

本发明的空气净化装置在实施过程中，净化单元设置可提高电场强度的铁电极材料，铁电极材料为钛酸钡陶瓷件，用于增加体系中的紫外光强度；

本发明的空气净化装置在实施过程中，采用高频脉冲交流电源，辉光均匀，等离子体放电发出的光，作为光催化的光源，且光催化层设置于放电区域内，无需设置额外的紫外光源，能量的进一步利用的同时，降低了整个系统的能耗；

本发明采用低温等离子体+光催化净化，既保证封闭空间的一氧化碳等污染物的彻底净化、提高了净化效率，又节省了使用及操作成本；

总的来说，本发明极大的发挥了低温等离子体技术的优势，提升了光催化剂的催化效果及使用寿命，减少了多余的净化工序，从而实现了运行及维护成本的有效降低。

附图说明

图1是本发明的空气净化装置的结构示意图——侧视图；

图2是本发明的空气净化装置的结构示意图——a-a正视图；

图3是本发明的空气净化装置的结构示意图——b-b正视图；

图4是本发明的空气净化装置的电极模块结构示意图——c-c视图；

图5是本发明的空气净化装置的放电电极形状示意图；

图中，1进气口，2净化单元，3出气口，4电极模块，5光催化层，6集尘槽，7电极框架，8放电电极，9电场增强元件，10电源模块，11净化模块，12箱体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1：

如图1所示，一种空气净化装置，空气净化装置包括进气口1、净化单元2、集尘槽6、出气口3、电源模块10，其中，电源模块10用于提供放电电极所需的电压；净化单元2为两个相同的净化模块11组成，用于去除待净化空气中的固态污染物、气态污染物和杀死病菌；集尘槽6用于收集净化过程中沉降下来的灰尘等颗粒物。

净化单元2设置于箱体12内，箱体12内设置电源模块10，电源模块10为放电反应器提供电压。净化单元2两侧分别与进气口1和出气口3连接，箱体12两侧部倾斜设置，进气口1和出气口3分别设置在箱体的两侧部。进气口和出气口分别设置在两侧部，一是，考虑到此装置的安装空间，无论是安装在空调内部还是风道内，装置的外形宜设置成狭长型，需将通气口安装在两侧部；二是，可增加污染空气与处理模块的接触时间。

净化单元2由并排设置的多个净化模块11串接而成，本实施例中选用2个净化模块11，净化模块11包括放电反应器，放电反应器的放电区域设置光催化装置，放电反应器放电产生低温等离子体与光催化协同作用，净化处理经过净化模块的污染空气。

低温等离子体净化空气污染物主要利用两种效应：一是粒子间及粒子与物相表面碰撞所产生的高能量使污染物分子化学键断裂；二是污染物分子与离解过程中产生的高活性自由基反应而转化成无害物质。TiO₂光催化剂在紫外光照射下，钛原子价带电子会被激发，形成电子—空穴对，空气中的水蒸气、氧气与其接触会被分解为极具氧化力的·OH和O₂^-·，其能降解多种有机污染物和部分无机化合物。

气体放电在产生低温等离子的同时能产生较强的紫外线，可用于激发光催化剂，从而有利于能源利用率。

在等离子体中，除了光子以外还有电子、激发态分子、活性基团等高能量物质颗粒产生。其中电子的平均能量能达到5eV左右，而由电子与分子碰撞产生的激发态寿命长达数秒的亚稳态N₂分子则有6.2eV的平均能量。这些粒子可以激活表面的光催化剂，促进有害气体的光催化降解。

两相结合反应中，光催化剂也可起到一定的电介质的作用，可增强局部电场。同时，从光催化剂中激发产生的导带电子可以增强等离子电离区域的自由电子供应，从而提高等离子体的电离度，并能降低气体放电的起始电压。

低温等离子体反应是一种能效较高、可处理高浓度、大流量废气的技术，尤其在处理烯烃类VOCs如四氯乙烯等时更为有效，但对于许多有害的芳香族有机废气的净化效果并不理想。随着施加电压值的增高，对苯等特定有害气体的净化率会有一定提高；但同时，由于等离子能分解稳定的CO₂等原因，会引起多种不利中间副产物的产生。随着反应的推进，这些中间副产物相互发生反应还将消耗一部分能量，影响特定有害气体净化率的提高。为了减少副产物，使降解更彻底，等离子反应的强度需要趋于温和，可这又势必会使等离子反应不稳定，并使废气的净化率下降。而引入光催化剂与等离子反应相结合，可有效解决这一矛盾。光催化对于许多难降解物质的降解率虽相对较低，但它氧化比较彻底，并且能够将等离子反应产生的许多中间副产物氧化降解为CO₂。

综上，低温等离子体净化与光催化相结合既可以增强光催化的能力，又可提高等离子反应的彻底性，同时，还有助于提高能源的利用率。

根据本发明的空气净化装置，如图2和图3所示，该空气净化装置进气口1为两个圆形结构，出气口3为网状型结构。

放电反应器即电极模块4，如图4和图5所示，电极模块4由电极框架7、放电电极8和电场增强元件9组成，其中，放电电极8为三根，电场增强元件9为四个，且都均匀布置在电极框架7上。

光催化装置包括光催化层5，光催化层5由光催化材料制成；

光催化层5放置于电极模块4的放电区域即可，本实施例中光催化层5设置于电极模块4的上方。放电反应器为框架结构，且放电电极为锯齿状，光催化层不易附着在其上；光催化层可以放置于其他位置，放于放电区域内即可。

电极模块4下方设置有集尘槽6，可以收集净化单元沉降的颗粒物，定期对集尘槽进行清扫即可，便于清洁。

电极模块4和光催化层5均与气体流通通路平行设置。电极模块为框架结构，是为了便于放电电极的固定，光催化层放在放电反应器的上方，是考虑到方便安装，降低风阻，且光催化成不易受沉降的灰尘等的污染。此两种设置使得“电极模块和光催化层和气体流通通路相平行”。

根据本发明的空气净化装置，放电电极8优选锯齿状电极，电场增强元件9优选钛酸钡陶瓷件，光催化层5中的光催化材料优选纳米TiO₂涂层。其中，钛酸钡陶瓷件可提高电场强度，用于增加体系中的紫外光强度，从而发挥光催化层的作用，从而省去了额外加设的紫外光源，达到降低能耗的目的。

本发明的空气净化装置极大的发挥了低温等离子体技术的优势，提升了光催化剂的催化效果及使用寿命，减少了多余的净化工序，从而实现了运行及维护成本的有效降低。

本发明空气净化装置的空气净化方法，该方法包括：

(1)低温等离子体技术用于除去待净化空气中的灰尘等颗粒物；

(2)低温等离子体技术与光催化技术结合使用，加入电场增强元件，增强体系中的紫外光强度，将空气中的气态污染物氧化为二氧化碳和水，并杀死病菌。

本发明的空气净化装置及方法可以应用到具有空气净化功能的轨道列车通风系统中。根据本发明的应用，本发明空气净化装置可以与轨道列车通风系统配合使用，通风系统初过滤后的空气进入本发明装置中净化，省去了风机和须定期更换的过滤吸附耗材，降低了能耗和成本，加入了电场增强元件，优化了低温等离子体技术和光催化技术的应用限制，达到了高效去除车厢内空气污染物的目的。

实施例2：

一种通风系统，包括如实施例1所述的空气净化装置。

实施例3：

一种轨道列车，包括如实施例2所述的通风系统。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。