本實用新型涉及空氣凈化領域，具體而言，涉及一種空氣凈化裝置及通風系統(tǒng)及軌道列車。

背景技術：

鐵路空調(diào)列車是一個人流密集、相對封閉的空間，在使用過程中一般采取混合式通風方式，其中絕大部分是車內(nèi)的回風，新風含量相對較少，車內(nèi)長期缺少有效的換氣，內(nèi)部空氣污染嚴重，尤其是列車上的廁所因其空氣流通性最差，導致長期存在難聞的氣味，加之封閉的列車車廂空間也會產(chǎn)生一氧化碳。

目前，國內(nèi)鐵路列車上采用的空氣凈化措施只是傳統(tǒng)的空氣預過濾的方式，不能有效地進行空氣凈化；且市面上多為過濾吸附型處理產(chǎn)品，須定期更換耗材，且對一氧化碳的處理效果不佳。

低溫等離子體技術具有處理流程短、效率高、適用范圍廣等優(yōu)點，但單獨使用存在去除率偏低、能耗較高、產(chǎn)物降解不徹底等缺點，光催化技術具有易操作、能耗較低、二次污染少等優(yōu)點，但也具有受紫外光源限制、催化劑易中毒失活的缺點。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種空氣凈化裝置，將低溫等離子體技術和光催化技術兩種技術有效結(jié)合，極大的發(fā)揮了低溫等離子體技術的優(yōu)勢，提升了光催化劑的催化效果，優(yōu)化了低溫等離子體技術和光催化技術的應用限制。

本實用新型還提供一種通風系統(tǒng)，將空氣凈化裝置應用到通風系統(tǒng)中，省去了風機和耗材的過濾吸附單元，可以高效去除空氣污染物。

本實用新型還提供一種軌道列車，將帶有空氣凈化裝置的通風系統(tǒng)應用到軌道列車上，使軌道列車車廂內(nèi)的空氣污染問題的解決成為可能。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術方案：

一種空氣凈化裝置，包括凈化單元，所述凈化單元兩側(cè)分別與進氣口和出氣口連接；所述凈化單元由并排設置的多個凈化模塊串接而成，所述凈化模塊包括放電反應器，所述放電反應器的放電區(qū)域設置光催化裝置，放電反應器放電產(chǎn)生低溫等離子體與光催化協(xié)同作用，凈化處理經(jīng)過凈化模塊的污染空氣。

空氣凈化裝置中設置放電反應器和光催化裝置，使放電反應器產(chǎn)生的低溫等離子體與光催化相結(jié)合產(chǎn)生協(xié)同作用，既可以提升低溫等離子體的凈化效果，也可以提升光催化劑的催化效果，對空氣污染物的凈化處理效果更好、更高效。

所述放電反應器包括放電電極，所述放電電極固定于電極框架上。放電電極產(chǎn)生低溫等離子體對空氣中的灰塵等顆粒物進行降解處理。

優(yōu)選的，所述電極框架上還固定設置電場增強元件。設置電場增強元件可以提高電場強度，用于增加裝置中的紫外光強度，省去了額外加設的紫外光源，達到降低能耗的目的。

優(yōu)選的，所述放電電極為鋸齒狀電極，所述電極框架上平行布設多個鋸齒狀電極。強電場作用下，物體尖銳部分發(fā)生的一種放電現(xiàn)象稱為尖端放電，屬于一種電暈放電。原理是物體尖銳處曲率大，電力線密集，因而電勢梯度大，致使其附近部分氣體被擊穿而發(fā)生放電。導體表面有電荷堆積時，電荷密度與導體表面的形狀有關。在凹的部位電荷密度接近零，在平緩的部位小，在尖的部位最大。當電荷密度達到一定的量值后，電荷產(chǎn)生的電場會很大，以至于把空氣擊穿(電離)。此處電極設成鋸齒狀，增加了放電尖端，且尖端附近的電場特別強，可有效提高電場強度，進而提高放電效果。

所述光催化裝置包括光催化層，所述光催化層由光催化材料制成。光催化可以將空氣中的氣態(tài)污染物氧化為二氧化碳和水，殺死病菌。

優(yōu)選的，所述光催化層設置于放電反應器的上方。光催化層放于放電區(qū)域內(nèi)即可，此處設為放電反應器的上方，安裝方便，降低風阻，且光催化層不易受沉降的灰塵等的污染。

優(yōu)選的，所述放電反應器下方設置有集塵槽。可以收集凈化單元沉降的顆粒物，定期對集塵槽進行清掃即可，便于清潔。

優(yōu)選的，所述進氣口包括多個圓孔型結(jié)構(gòu)。圓孔型結(jié)構(gòu)可以增大進氣面積。

優(yōu)選的，所述出氣口為網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)。出氣口設成網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)可以最大化利用出口面積，適當降低風阻。

所述凈化單元設置于箱體內(nèi)，所述箱體內(nèi)設置電源模塊，電源模塊為放電反應器提供電壓。電源模塊提供放電電極所需的電壓，放電反應器使氣體擊穿產(chǎn)生低溫等離子體，對空氣進行凈化。

優(yōu)選的，所述箱體兩側(cè)部傾斜設置，進氣口和出氣口分別設置在箱體的兩側(cè)部。凈化單元放置的外箱體兩側(cè)部傾斜設置，使得該裝置的外形與現(xiàn)有的動車組列車的外形相匹配，更好的容置在列車車廂內(nèi)。進氣口和出氣口分別設置在兩側(cè)部，可增加污染空氣與處理模塊的接觸時間。

所述放電反應器和光催化裝置均與氣體流通通路平行設置。使污染空氣與放電反應器和光催化裝置的接觸時間增長，凈化效果更佳。

優(yōu)選的，所述電場增強元件為鈦酸鋇陶瓷件。鈦酸鋇陶瓷件介電常數(shù)較高，可以很好的增強電場強度。

優(yōu)選的，所述光催化材料為納米二氧化鈦。納米二氧化鈦的催化活性高，催化效率好，可以有效的去除空氣中的污染物，并能很好的殺菌。

一種通風系統(tǒng)，包括如上所述的空氣凈化裝置。

一種軌道列車，包括如上所述的通風系統(tǒng)。

本實用新型的有益效果為：

本實用新型將低溫等離子體技術與光催化技術相結(jié)合，克服了長時間使用后光催化劑失活(顆粒物堵塞光催化載體、有機物附著光催化材料表面造成)對凈化效率的影響，解決了低溫等離子體技術單獨使用時產(chǎn)物降解不徹底，產(chǎn)生二次污染的問題，提高了凈化效率和光催化層的使用壽命；

本實用新型的空氣凈化裝置在實施過程中，無需設置預過濾單元和風機，不需要更換濾材，降低使用及其操作成本；

本實用新型的空氣凈化裝置在實施過程中，設置有用于收集凈化單元中沉降去除的顆粒物，只需定期進行清掃即可，間接降低使用成本；

本實用新型的空氣凈化裝置在實施過程中，凈化單元設置可提高電場強度的鐵電極材料，鐵電極材料為鈦酸鋇陶瓷件，用于增加體系中的紫外光強度；

本實用新型的空氣凈化裝置在實施過程中，采用高頻脈沖交流電源，輝光均勻，等離子體放電發(fā)出的光，作為光催化的光源，且光催化層設置于放電區(qū)域內(nèi)，無需設置額外的紫外光源，能量的進一步利用的同時，降低了整個系統(tǒng)的能耗；

本實用新型采用低溫等離子體+光催化凈化，既保證封閉空間的一氧化碳等污染物的徹底凈化、提高了凈化效率，又節(jié)省了使用及操作成本；

總的來說，本實用新型極大的發(fā)揮了低溫等離子體技術的優(yōu)勢，提升了光催化劑的催化效果及使用壽命，減少了多余的凈化工序，從而實現(xiàn)了運行及維護成本的有效降低。

附圖說明

圖1是本實用新型的空氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖——側(cè)視圖；

圖2是本實用新型的空氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖——a-a正視圖；

圖3是本實用新型的空氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖——b-b正視圖；

圖4是本實用新型的空氣凈化裝置的電極模塊結(jié)構(gòu)示意圖——c-c視圖；

圖5是本實用新型的空氣凈化裝置的放電電極形狀示意圖；

圖中，1進氣口，2凈化單元，3出氣口，4電極模塊，5光催化層，6集塵槽，7電極框架，8放電電極，9電場增強元件，10電源模塊，11凈化模塊，12箱體。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限制本實用新型。

實施例1：

如圖1所示，一種空氣凈化裝置，空氣凈化裝置包括進氣口1、凈化單元2、集塵槽6、出氣口3、電源模塊10，其中，電源模塊10用于提供放電電極所需的電壓；凈化單元2為兩個相同的凈化模塊11組成，用于去除待凈化空氣中的固態(tài)污染物、氣態(tài)污染物和殺死病菌；集塵槽6用于收集凈化過程中沉降下來的灰塵等顆粒物。

凈化單元2設置于箱體12內(nèi)，箱體12內(nèi)設置電源模塊10，電源模塊10為放電反應器提供電壓。凈化單元2兩側(cè)分別與進氣口1和出氣口3連接，箱體12兩側(cè)部傾斜設置，進氣口1和出氣口3分別設置在箱體的兩側(cè)部。進氣口和出氣口分別設置在兩側(cè)部，一是，考慮到此裝置的安裝空間，無論是安裝在空調(diào)內(nèi)部還是風道內(nèi)，裝置的外形宜設置成狹長型，需將通氣口安裝在兩側(cè)部；二是，可增加污染空氣與處理模塊的接觸時間。

凈化單元2由并排設置的多個凈化模塊11串接而成，本實施例中選用2個凈化模塊11，凈化模塊11包括放電反應器，放電反應器的放電區(qū)域設置光催化裝置，放電反應器放電產(chǎn)生低溫等離子體與光催化協(xié)同作用，凈化處理經(jīng)過凈化模塊的污染空氣。

低溫等離子體凈化空氣污染物主要利用兩種效應：一是粒子間及粒子與物相表面碰撞所產(chǎn)生的高能量使污染物分子化學鍵斷裂；二是污染物分子與離解過程中產(chǎn)生的高活性自由基反應而轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)。TiO₂光催化劑在紫外光照射下，鈦原子價帶電子會被激發(fā)，形成電子—空穴對，空氣中的水蒸氣、氧氣與其接觸會被分解為極具氧化力的·OH和O₂^-·，其能降解多種有機污染物和部分無機化合物。

氣體放電在產(chǎn)生低溫等離子的同時能產(chǎn)生較強的紫外線，可用于激發(fā)光催化劑，從而有利于能源利用率。

在等離子體中，除了光子以外還有電子、激發(fā)態(tài)分子、活性基團等高能量物質(zhì)顆粒產(chǎn)生。其中電子的平均能量能達到5eV左右，而由電子與分子碰撞產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)壽命長達數(shù)秒的亞穩(wěn)態(tài)N₂分子則有6.2eV的平均能量。這些粒子可以激活表面的光催化劑，促進有害氣體的光催化降解。

兩相結(jié)合反應中，光催化劑也可起到一定的電介質(zhì)的作用，可增強局部電場。同時，從光催化劑中激發(fā)產(chǎn)生的導帶電子可以增強等離子電離區(qū)域的自由電子供應，從而提高等離子體的電離度，并能降低氣體放電的起始電壓。

低溫等離子體反應是一種能效較高、可處理高濃度、大流量廢氣的技術，尤其在處理烯烴類VOCs如四氯乙烯等時更為有效，但對于許多有害的芳香族有機廢氣的凈化效果并不理想。隨著施加電壓值的增高，對苯等特定有害氣體的凈化率會有一定提高；但同時，由于等離子能分解穩(wěn)定的CO₂等原因，會引起多種不利中間副產(chǎn)物的產(chǎn)生。隨著反應的推進，這些中間副產(chǎn)物相互發(fā)生反應還將消耗一部分能量，影響特定有害氣體凈化率的提高。為了減少副產(chǎn)物，使降解更徹底，等離子反應的強度需要趨于溫和，可這又勢必會使等離子反應不穩(wěn)定，并使廢氣的凈化率下降。而引入光催化劑與等離子反應相結(jié)合，可有效解決這一矛盾。光催化對于許多難降解物質(zhì)的降解率雖相對較低，但它氧化比較徹底，并且能夠?qū)⒌入x子反應產(chǎn)生的許多中間副產(chǎn)物氧化降解為CO₂。

綜上，低溫等離子體凈化與光催化相結(jié)合既可以增強光催化的能力，又可提高等離子反應的徹底性，同時，還有助于提高能源的利用率。

根據(jù)本實用新型的空氣凈化裝置，如圖2和圖3所示，該空氣凈化裝置進氣口1為兩個圓形結(jié)構(gòu)，出氣口3為網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)。

放電反應器即電極模塊4，如圖4和圖5所示，電極模塊4由電極框架7、放電電極8和電場增強元件9組成，其中，放電電極8為三根，電場增強元件9為四個，且都均勻布置在電極框架7上。

光催化裝置包括光催化層5，光催化層5由光催化材料制成；

光催化層5放置于電極模塊4的放電區(qū)域即可，本實施例中光催化層5設置于電極模塊4的上方。放電反應器為框架結(jié)構(gòu)，且放電電極為鋸齒狀，光催化層不易附著在其上；光催化層可以放置于其他位置，放于放電區(qū)域內(nèi)即可。

電極模塊4下方設置有集塵槽6，可以收集凈化單元沉降的顆粒物，定期對集塵槽進行清掃即可，便于清潔。

電極模塊4和光催化層5均與氣體流通通路平行設置。電極模塊為框架結(jié)構(gòu)，是為了便于放電電極的固定，光催化層放在放電反應器的上方，是考慮到方便安裝，降低風阻，且光催化成不易受沉降的灰塵等的污染。此兩種設置使得“電極模塊和光催化層和氣體流通通路相平行”。

根據(jù)本實用新型的空氣凈化裝置，放電電極8優(yōu)選鋸齒狀電極，電場增強元件9優(yōu)選鈦酸鋇陶瓷件，光催化層5中的光催化材料優(yōu)選納米TiO₂涂層。其中，鈦酸鋇陶瓷件可提高電場強度，用于增加體系中的紫外光強度，從而發(fā)揮光催化層的作用，從而省去了額外加設的紫外光源，達到降低能耗的目的。

本實用新型的空氣凈化裝置極大的發(fā)揮了低溫等離子體技術的優(yōu)勢，提升了光催化劑的催化效果及使用壽命，減少了多余的凈化工序，從而實現(xiàn)了運行及維護成本的有效降低。

本實用新型空氣凈化裝置的空氣凈化方法，該方法包括：

(1)低溫等離子體技術用于除去待凈化空氣中的灰塵等顆粒物；

(2)低溫等離子體技術與光催化技術結(jié)合使用，加入電場增強元件，增強體系中的紫外光強度，將空氣中的氣態(tài)污染物氧化為二氧化碳和水，并殺死病菌。

本實用新型的空氣凈化裝置及方法可以應用到具有空氣凈化功能的軌道列車通風系統(tǒng)中。根據(jù)本實用新型的應用，本實用新型空氣凈化裝置可以與軌道列車通風系統(tǒng)配合使用，通風系統(tǒng)初過濾后的空氣進入本實用新型裝置中凈化，省去了風機和須定期更換的過濾吸附耗材，降低了能耗和成本，加入了電場增強元件，優(yōu)化了低溫等離子體技術和光催化技術的應用限制，達到了高效去除車廂內(nèi)空氣污染物的目的。

實施例2：

一種通風系統(tǒng)，包括如實施例1所述的空氣凈化裝置。

實施例3：

一種軌道列車，包括如實施例2所述的通風系統(tǒng)。

上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內(nèi)。