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【摘 要】具有静电除尘层、臭氧杀菌层、负离子发生层的新型空气净化器，能使密闭环境中的空气净化，除尘、杀菌效果良好，且无二次污染。整机用单片机实现自动化控制。实验证明该设备具有推广应用的价值。
【关键词】静电除尘；臭氧杀菌；负离子
随着我国工业化的发展，人口不断增加，空气污染日益加重，空气中的尘挨、细菌、异味及有害气体对人体健康有直接影响。同时，随着日用家电增多，室内绿化不足，对人体健康有益的负离子含量也越来越少。因此能否有效、彻底地解决室内空气质量问题，已逐渐被人们所关注。目前，我国空气净化器大部分都是采用药物消毒、机械过滤器、紫外灯杀菌、臭氧消毒等方法。随着空气净化器推广和应用，上述产品仍有不足之处。例如药物消毒将会造成二次污染，紫外灯杀菌不能去除空气中灰尘，单纯臭氧消毒仅能在无人环境下使用（臭氧浓度超标对人体有害），且臭氧强氧性易腐蚀室内物品。鉴于上述弊端，我院采用等离子体静电除尘技术、高频沿面放电臭氧技术，采用新型除尘结构，新型负离子电极，研制成功了电箭牌KJQ型新型空气净化器。
新型空气净化器结构框图下图
1.基本结构
整机主要部件由前盖，中框，后盖，底盘4件塑壳组成。前盖上设有引风机，前置过滤网及工作状态显示屏，遥控接收器。中框由集尘层，臭氧杀菌层，活性碳吸附层组成。后盖设有负离子产生层。底盘由控制电路及高压电源组成，底盘有旋转功能。
1.1控制电路和高压电源
单片机选用At89C2051l（20引脚），片内集成2K字节电擦除闪烁存储器。通过编制程序能实现红外遥控接收，数码管显示、时间控制、故障报警等功能。高压电源采用我院生产的小型臭氧发生电源CS－500D型（频率25kHz）输出电压3500v。
静电基础理论与应用技带研究
1.2 引风机的前置过滤层
为了降低设备功耗的噪声，引风机采用12V高速低噪声风机。前置过滤层采用尼龙绳丝网，能够过滤空气中大颗粒杂质。前置过滤层可以抽出清洗。
1.3 静电除尘层
静电除尘层是4层结构，其外形尺寸是：150mm×150mm×40mm。第一层，15mm×150mm不锈钢板上均匀开50Φ10圆孔，在5排圆孔上焊接150mm×5mm支架，在5个支架上焊接50个长15mm钢针。第二层，在150mm×150mm不锈钢板上设计50个Φ10圆孔，要求50个圆孔与第一层50个钢针一一对应。前两层是出钢针尖端与圆孔周围形成伞状负离子层，同时，形成强大的离子风。在黑暗环境中能清晰看见伞状放电。第三层，是高压阳极板，结构为五棱瓦棱形不锈钢板，每个棱上开5mm×10mm通风道。第四层与第三层结构一样，但第四层与第三层瓦棱互相错位一个棱位，便于前面带上负电荷尘，能够有效地吸附到两层高压阳极板上。各层之问用绝缘柱连接。另外，为了便于清理吸附下来的灰尘，集尘板下方还设有一个集尘盒。
1.4 臭氧杀菌层、活性碳吸附层和负离子层
臭氧杀菌层尺寸是100mm×100mm×20mm半封闭长方体，两端为进出气口，上下分别安装两个37mm×15mm臭氧陶瓷片。活性碳吸附层，采用尺寸100mm×100mm×20mm新型蜂巢状一体化活性碳，具有通风量大，能有效地吸附空气中残余臭氧及异味，使用时间长，且可以电加热再生。负离子的产生是由绳形碳纤维及负离子电源组成。绳状碳纤维体积小、产量大，克服以往负离子电极体积大、噪声大的缺点。
2.工作原理
2.1静电除尘原理
把高频电源（频率25kHz，电压3500V）输出端两倍压后接到负极板上，阴极接第三层集尘极。这时在电晕区里自由电子和负离子逸出，飞向阳极板。当带有粉尘的气体通过收尘室时，这些带负电粒子就会在运动中不断地碰撞和吸附到灰尘颗粒上，从而使灰尘带上负电荷，荷电后的粉尘在电场力作用下，先后到达阳极板，负电荷被阳极板吸附，粉尘就沉积在阳极板上并滑落到收尘盒里。
2.2臭氧产生积极杀菌原理
当电极施加高频高压电场时，气体电离，空气沿电介质表面发生脉冲电晕放电，同时产生高浓度等离子体，电子和离子在极强大电场力作用下，气体分子碰撞加速，在10ns内使氧分子分解成单原子氧，在数10ns内氧原子与氧分子结合成臭氧。臭氧具有极强的氧化能力，它能够破坏和分解细菌的细胞壁，并迅速扩散到细胞内，氧化破坏细胞内酶，致死菌原体，从而达到瞬间杀菌作用。同时，臭氧能氧化分解室内空气中对人体有害的有机物、致癌物（如甲醛HCHO）及上下水异味（成份C12 H22O），将其分解成CO2，O2，H2O。
O2十e→2O
2O十2O2→2O3。
2.3 负离子产生原理
电晕放电法，在两个电极间加高压高频电位差，其中一极接绳形碳纤维，另一极接地。高压电场会产生大量负离子，负离子会随气流散到空气中，提高了空气中负离子浓度。可使人们在清洁的空气中感受负离子新鲜空气感。
3．主要技术参数
输入电压：AC220V或DCl2V
适用范围：3m2～45m2
输入功率：16W
遥控距离：8m
定时时间：10min～180min
外形尺寸：200mm×20mm×180mm
4．实验室实验
为了能从感观上直接验证该设备净化空气的效果，在一间27m实验室，同时点燃100根香，20min后，室内充满了烟雾，烟气味很大。此时把空气净化器放置在室内中间，运行30min后，室内烟雾完全消失。也无烟味了，净化空气效果明显。
5．应用实验
为了验证该设备技术指标，我们选定了在一个体积为54m3的办公室内进行测试。用新型空气净化器处理30min、45min、60min，其实验结果如下
5.1 静电除尘实验
静电除尘检测效果如表1：
注：选用D－5LZC便携式微电脑粉尘仪测试。
5.2 臭氧杀菌实验
空气采用平板沉降法，即在室内5个不同位置放5个不加盖琼脂平板，采用15min，置于37℃恒温箱中，培养24h，观察菌落生长数。在54m3密闭办公室内，运行空气净化器60min后，空气中自然菌可以减小92.85％．臭氧对空气杀菌效果如表2。
表2 空气杀菌指标
5.3 负离子浓度和残余臭氧浓度实验
一般室内负离含量0～56个/cm3，海滨、山谷、瀑布周围负离子含量达到2×103个/cm3负离子对人体健康及辅助治疗都大有益处。室内维持微量臭氧对人体有益，过量臭氧对人体有害。国家标准空气中臭氧浓度标准不大于0.2mg/m3。
测试结果如表3：
表3 负离子含量积极残余臭氧浓度指标
注：用SD－8003大气离子浓度测量仪和BMT－962臭氧气体浓度测试仪测试。
6．结论
6.1 通过实验检测，该设备达到以下设计指标
（1）空气中细菌总数含量符合手术室细菌标准≤4cfu／平板或≤200cfu/m3
（2）空气中灰尘含量小于0.15mg/m3
（3）处理风量100m3/h
（4）负离子含量≥1.0×105个/cm3
残余臭氧浓度≤0.2mg/m3（0.1ppm）
6.2 该设备有以下优点
该设备不仅具有除尘、杀菌、除味、增加负离子等多种功能，而且还具有体积小，功耗低、噪音小，交直流两用等特点，可广泛用于医院、宾馆、学校、食品加工业等人员密集场所或对空气质量有特别要求地方。另外，也可应用于军用坦克、潜水艇、军用特种车辆中。
【参考文献】
［１］赖斯等．臭氧技术及应用手册．北京：建筑工业出版社，1991．
［２］黎在时编．静电除尘器．北京：冶金工业出版社，1993．
【关键词】静电除尘；臭氧杀菌；负离子
随着我国工业化的发展，人口不断增加，空气污染日益加重，空气中的尘挨、细菌、异味及有害气体对人体健康有直接影响。同时，随着日用家电增多，室内绿化不足，对人体健康有益的负离子含量也越来越少。因此能否有效、彻底地解决室内空气质量问题，已逐渐被人们所关注。目前，我国空气净化器大部分都是采用药物消毒、机械过滤器、紫外灯杀菌、臭氧消毒等方法。随着空气净化器推广和应用，上述产品仍有不足之处。例如药物消毒将会造成二次污染，紫外灯杀菌不能去除空气中灰尘，单纯臭氧消毒仅能在无人环境下使用（臭氧浓度超标对人体有害），且臭氧强氧性易腐蚀室内物品。鉴于上述弊端，我院采用等离子体静电除尘技术、高频沿面放电臭氧技术，采用新型除尘结构，新型负离子电极，研制成功了电箭牌KJQ型新型空气净化器。
新型空气净化器结构框图下图
1.基本结构
整机主要部件由前盖，中框，后盖，底盘4件塑壳组成。前盖上设有引风机，前置过滤网及工作状态显示屏，遥控接收器。中框由集尘层，臭氧杀菌层，活性碳吸附层组成。后盖设有负离子产生层。底盘由控制电路及高压电源组成，底盘有旋转功能。
1.1控制电路和高压电源
单片机选用At89C2051l（20引脚），片内集成2K字节电擦除闪烁存储器。通过编制程序能实现红外遥控接收，数码管显示、时间控制、故障报警等功能。高压电源采用我院生产的小型臭氧发生电源CS－500D型（频率25kHz）输出电压3500v。
静电基础理论与应用技带研究
1.2 引风机的前置过滤层
为了降低设备功耗的噪声，引风机采用12V高速低噪声风机。前置过滤层采用尼龙绳丝网，能够过滤空气中大颗粒杂质。前置过滤层可以抽出清洗。
1.3 静电除尘层
静电除尘层是4层结构，其外形尺寸是：150mm×150mm×40mm。第一层，15mm×150mm不锈钢板上均匀开50Φ10圆孔，在5排圆孔上焊接150mm×5mm支架，在5个支架上焊接50个长15mm钢针。第二层，在150mm×150mm不锈钢板上设计50个Φ10圆孔，要求50个圆孔与第一层50个钢针一一对应。前两层是出钢针尖端与圆孔周围形成伞状负离子层，同时，形成强大的离子风。在黑暗环境中能清晰看见伞状放电。第三层，是高压阳极板，结构为五棱瓦棱形不锈钢板，每个棱上开5mm×10mm通风道。第四层与第三层结构一样，但第四层与第三层瓦棱互相错位一个棱位，便于前面带上负电荷尘，能够有效地吸附到两层高压阳极板上。各层之问用绝缘柱连接。另外，为了便于清理吸附下来的灰尘，集尘板下方还设有一个集尘盒。
1.4 臭氧杀菌层、活性碳吸附层和负离子层
臭氧杀菌层尺寸是100mm×100mm×20mm半封闭长方体，两端为进出气口，上下分别安装两个37mm×15mm臭氧陶瓷片。活性碳吸附层，采用尺寸100mm×100mm×20mm新型蜂巢状一体化活性碳，具有通风量大，能有效地吸附空气中残余臭氧及异味，使用时间长，且可以电加热再生。负离子的产生是由绳形碳纤维及负离子电源组成。绳状碳纤维体积小、产量大，克服以往负离子电极体积大、噪声大的缺点。
2.工作原理
2.1静电除尘原理
把高频电源（频率25kHz，电压3500V）输出端两倍压后接到负极板上，阴极接第三层集尘极。这时在电晕区里自由电子和负离子逸出，飞向阳极板。当带有粉尘的气体通过收尘室时，这些带负电粒子就会在运动中不断地碰撞和吸附到灰尘颗粒上，从而使灰尘带上负电荷，荷电后的粉尘在电场力作用下，先后到达阳极板，负电荷被阳极板吸附，粉尘就沉积在阳极板上并滑落到收尘盒里。
2.2臭氧产生积极杀菌原理
当电极施加高频高压电场时，气体电离，空气沿电介质表面发生脉冲电晕放电，同时产生高浓度等离子体，电子和离子在极强大电场力作用下，气体分子碰撞加速，在10ns内使氧分子分解成单原子氧，在数10ns内氧原子与氧分子结合成臭氧。臭氧具有极强的氧化能力，它能够破坏和分解细菌的细胞壁，并迅速扩散到细胞内，氧化破坏细胞内酶，致死菌原体，从而达到瞬间杀菌作用。同时，臭氧能氧化分解室内空气中对人体有害的有机物、致癌物（如甲醛HCHO）及上下水异味（成份C12 H22O），将其分解成CO2，O2，H2O。
O2十e→2O
2O十2O2→2O3。
2.3 负离子产生原理
电晕放电法，在两个电极间加高压高频电位差，其中一极接绳形碳纤维，另一极接地。高压电场会产生大量负离子，负离子会随气流散到空气中，提高了空气中负离子浓度。可使人们在清洁的空气中感受负离子新鲜空气感。
3．主要技术参数
输入电压：AC220V或DCl2V
适用范围：3m2～45m2
输入功率：16W
遥控距离：8m
定时时间：10min～180min
外形尺寸：200mm×20mm×180mm
4．实验室实验
为了能从感观上直接验证该设备净化空气的效果，在一间27m实验室，同时点燃100根香，20min后，室内充满了烟雾，烟气味很大。此时把空气净化器放置在室内中间，运行30min后，室内烟雾完全消失。也无烟味了，净化空气效果明显。
5．应用实验
为了验证该设备技术指标，我们选定了在一个体积为54m3的办公室内进行测试。用新型空气净化器处理30min、45min、60min，其实验结果如下
5.1 静电除尘实验
静电除尘检测效果如表1：
注：选用D－5LZC便携式微电脑粉尘仪测试。
5.2 臭氧杀菌实验
空气采用平板沉降法，即在室内5个不同位置放5个不加盖琼脂平板，采用15min，置于37℃恒温箱中，培养24h，观察菌落生长数。在54m3密闭办公室内，运行空气净化器60min后，空气中自然菌可以减小92.85％．臭氧对空气杀菌效果如表2。
表2 空气杀菌指标
5.3 负离子浓度和残余臭氧浓度实验
一般室内负离含量0～56个/cm3，海滨、山谷、瀑布周围负离子含量达到2×103个/cm3负离子对人体健康及辅助治疗都大有益处。室内维持微量臭氧对人体有益，过量臭氧对人体有害。国家标准空气中臭氧浓度标准不大于0.2mg/m3。
测试结果如表3：
表3 负离子含量积极残余臭氧浓度指标
注：用SD－8003大气离子浓度测量仪和BMT－962臭氧气体浓度测试仪测试。
6．结论
6.1 通过实验检测，该设备达到以下设计指标
（1）空气中细菌总数含量符合手术室细菌标准≤4cfu／平板或≤200cfu/m3
（2）空气中灰尘含量小于0.15mg/m3
（3）处理风量100m3/h
（4）负离子含量≥1.0×105个/cm3
残余臭氧浓度≤0.2mg/m3（0.1ppm）
6.2 该设备有以下优点
该设备不仅具有除尘、杀菌、除味、增加负离子等多种功能，而且还具有体积小，功耗低、噪音小，交直流两用等特点，可广泛用于医院、宾馆、学校、食品加工业等人员密集场所或对空气质量有特别要求地方。另外，也可应用于军用坦克、潜水艇、军用特种车辆中。
【参考文献】
［１］赖斯等．臭氧技术及应用手册．北京：建筑工业出版社，1991．
［２］黎在时编．静电除尘器．北京：冶金工业出版社，1993．