摘" 要：艾灸作為一種傳統(tǒng)的中醫(yī)療養(yǎng)手段，在各大醫(yī)院、養(yǎng)生館甚至居民自家都得到應(yīng)用廣泛，然而灸療燃燒艾柱等產(chǎn)生的濃烈煙霧卻是一個難以解決的問題，這類煙霧化學(xué)成分極其復(fù)雜，含有上百種化合物，其中許多諸如苯酚、氮氧化物、一氧化碳、多環(huán)芳烴、焦油等有毒有害物質(zhì)。那么施灸過程中擴散出來的煙霧處理就顯得尤為重要，在保證正常灸療的前提下，針對擴散出來的煙霧開發(fā)出一套集成燃燒加熱系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的新型凈化設(shè)備，通過物理吸附、燃燒化學(xué)反應(yīng)、氧化還原催化反應(yīng)的手段，將艾煙氣體導(dǎo)入設(shè)備回型流動燃燒、高溫催化處理并達到室內(nèi)外排放標(biāo)準(zhǔn)，也解決為煙霧處理提供400 ℃以上高溫環(huán)境的升溫保溫問題、高溫排氣降溫到45 ℃以下的安全防燙問題，讓設(shè)備同時滿足排放環(huán)保需求及安全需求。該集成方案機械結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)備小巧，可以拓展靈活應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域，主要是針對有排放擴散有毒、有害氣體的環(huán)境，都可以起到凈化效果。

關(guān)鍵詞：艾煙；催化反應(yīng)；機械方案布局；設(shè)備集成；性能分析

中圖分類號：TB427""""" 文獻標(biāo)志碼：A""""""""" 文章編號：2095-2945（2025）04-0118-05

Abstract： As a traditional Chinese medicine recuperation method， moxibustion has been widely used in major hospitals， health centers and even residents' homes. However， the strong smoke produced by moxibustion burning mugwort pillars is a difficult problem. The chemical composition of this kind of smoke is extremely complex and contains hundreds of compounds， many of which are toxic and harmful substances such as phenol， nitrogen oxides， carbon monoxide， polycyclic aromatic hydrocarbons， tar， etc. Then the treatment of the smoke that diffuses during the moxibustion process is particularly important. On the premise of ensuring normal moxibustion treatment， an integrated combustion heating system， reaction system， heat dissipation system， intake and exhaust system and control system have been developed for the diffused smoke. The new purification equipment of the system uses physical adsorption， combustion chemical reactions， and oxidation-reduction catalytic reactions to introduce mugwort gas into the equipment for recycled flow combustion， high-temperature catalytic treatment and meet indoor and outdoor emission standards. It also solves the problem of heating and insulation of a high temperature environment above 400 ℃ for smoke treatment， and the safety and anti-scalding problem of cooling high-temperature exhaust to below 45 ℃， allowing the equipment to meet both emission environmental protection requirements and safety requirements. The integrated solution has a compact mechanical structure and small equipment， and can be expanded and flexibly applied to a wider range of fields， mainly aimed at environments where toxic and harmful gases are emitted and diffused， thereby achieving a purification effect.

Keywords： mugwort; catalytic reaction; mechanical plan layout; equipment integration; performance analysis

市場現(xiàn)有各種對灸療煙霧的處理設(shè)備，大部分以新風(fēng)系統(tǒng)或者強制排氣直接引導(dǎo)氣體排放室外空氣中，小部分裝置是應(yīng)用過濾液吸附、紫外線燈除味[1]或者多層過濾棉活性炭吸附[2]的方式。燃燒艾條艾柱煙霧中含有部分毒性物質(zhì)：苯酚屬于腐蝕性化合物，有強烈的刺激性，在煙霧中很易被呼吸吸入，因此，具有很大的危害性；鄰苯二酚是高毒性物質(zhì)；N-甲基哌啶、2，5-二甲基苯酚、4-氨基吡啶、2-甲基苯酚、苯乙腈、萘、間苯二酚、糠醛、3-氨基苯酚和苯并呋喃-2-酮等也都是高毒化合物[3]。隨著社會的發(fā)展環(huán)保法律的健全，直接將該煙霧超標(biāo)排放到空氣中是不符合環(huán)保要求的，且風(fēng)機葉輪旋轉(zhuǎn)工作時因負壓會低于環(huán)境溫度，煙霧經(jīng)過極容易造成焦油凝結(jié)堵塞鼓風(fēng)機；而濾芯吸附方式對煙氣的凈化效果不佳、維護成本高，為解決上述問題，提出一種新型灸療煙霧凈化系統(tǒng)的開發(fā)方案，并對設(shè)備凈化效果進行大量實驗驗證，對設(shè)備結(jié)構(gòu)進行集成優(yōu)化，保證了設(shè)備的功能性、低功耗、安全環(huán)保性、便攜性及可拓展性。相比傳統(tǒng)排煙管道式和濾芯吸附式裝置[4]，該設(shè)備結(jié)構(gòu)集成度高，以高效凈化有害氣體為目的，解決了該領(lǐng)域困擾用戶的難題，由此可見該新型設(shè)備具有廣闊的應(yīng)用前景。

1" 設(shè)計方案及工作原理

設(shè)備對煙氣處理分為4個階段：反應(yīng)載體預(yù)熱階段、氣流加熱燃燒反應(yīng)階段、氣體催化反應(yīng)階段、反應(yīng)完氣體散熱排氣階段。基于此方案流程，首先需要設(shè)計好煙霧導(dǎo)入設(shè)備到凈化完排出設(shè)備過程中氣體的流向，以盡可能小的氣流動力損失保證氣體在設(shè)備中的暢通和穩(wěn)定流速；灸療煙霧中含有大量焦油，那么給氣流導(dǎo)入排出提供動力的風(fēng)機就不能布置在焦油被處理前端，避免焦油吸附在風(fēng)機葉片上，造成煙霧處理不完全同時還可能會堵塞風(fēng)機，最終以設(shè)備系統(tǒng)末端布置鼓風(fēng)機的方案，在管路中形成負壓，引導(dǎo)煙霧氣體經(jīng)過設(shè)備中的各個處理環(huán)節(jié)?？紤]到設(shè)備對于煙霧負壓吸力不能太大，避免將灸療所需的藥理活性物質(zhì)[5]帶走，控制電路板對應(yīng)開發(fā)PWM調(diào)速模塊，在設(shè)備運行過程中，通過控制鼓風(fēng)機[6]轉(zhuǎn)速動態(tài)調(diào)整設(shè)備吸力，滿足不同階段氣流需求，正常工作時要求設(shè)備進氣口氣流速度為1～2 m/s。艾煙中含有未充分燃燒的碳氫化合物、碳氧化合物及各種烴類苯類有機化合物[7]，需要先將這類成分通過燃燒方式轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水及難以氧化反應(yīng)成分，再將該混合氣通過高溫催化劑載體催化氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成可排放氣體，配備的催化劑載體規(guī)格，在高溫條件下，通過的氣流速度低于2.5 m/s時，載體催化能力達到上限。到此有毒有害的煙霧處理階段完成，接下來需要對高溫的反應(yīng)完氣體降溫達到安全排放范圍排除設(shè)備。

2" 新型灸療凈煙設(shè)備的結(jié)構(gòu)

如圖1—圖2所示，開發(fā)的設(shè)備外觀簡潔，內(nèi)部布局緊湊，線路布置做到了強弱電分離。

圖3展示的是設(shè)備的4個核心模塊：自上向下分別是控制模塊、預(yù)熱反應(yīng)模塊、散熱模塊、排氣模塊，其中預(yù)熱反應(yīng)模塊需要提供220 V交流電，用來對模塊里的加熱芯加熱到紅熱狀態(tài)，電源和繼電器都是220 V轉(zhuǎn)24 V的，其他用電元器件都是24 V狀態(tài)：鼓風(fēng)機、散熱風(fēng)扇、熔斷器、控制電路板和穩(wěn)壓控制板。控制電路板通過熱電偶傳感器反饋的溫度電信號判斷工作狀態(tài)，并作出相應(yīng)的控制。穩(wěn)壓控制板是給鼓風(fēng)機調(diào)壓穩(wěn)壓用，因為設(shè)備在不同工作階段，需求不同大小的氣流，比如在設(shè)備預(yù)熱階段，需要大氣流快速升溫進入正常工作階段，隨后需要微弱小氣流，保證灸療的藥性物質(zhì)不被風(fēng)力帶走，設(shè)備使用結(jié)束關(guān)機階段，又需要大氣流快速降溫，如此可以做到設(shè)備工作中氣流的動態(tài)調(diào)整。保溫隔熱層里填充的是硅酸鋁陶瓷纖維含鋯毯，耐火隔熱保溫，可以承受1 300 ℃高溫，在保證設(shè)備高溫穩(wěn)定反應(yīng)、保溫節(jié)能的需求，極大提升了設(shè)備防燙的安全系數(shù)；控制模塊熔斷器是65 ℃常閉開關(guān)，當(dāng)機箱內(nèi)溫度超過65 ℃，熔斷器就會斷開，設(shè)備強電斷開并且蜂鳴器報警，這是該高溫反應(yīng)設(shè)備的又一項安全保護措施；因為散熱模塊是對超過400 ℃高溫氣體的強制快速降溫，其散熱風(fēng)扇吹出來的熱風(fēng)溫度也會持續(xù)達到45 ℃以上，為保證散熱器散熱性能的最大化，對該散熱風(fēng)扇加裝密封罩，讓經(jīng)散熱翅片下來的熱流全部由風(fēng)扇葉片鼓動吹向地面，同時機箱散熱風(fēng)扇分別向機箱外排風(fēng)，保證機箱內(nèi)部氣流快速循環(huán)，這樣機箱內(nèi)部溫度可以穩(wěn)定在55 ℃以下，機箱表面溫度低于45 ℃。

如圖4剖視示意的氣體在進入設(shè)備后的整體流向，最終排氣吹向設(shè)備底部，鋁翅片散熱器的散熱風(fēng)扇也是將熱量帶走吹向地面。鼓風(fēng)機前端盒內(nèi)有過濾芯，過濾最終排出氣體顆粒物。

圖5是對散熱模塊的簡化模型，輸入450 ℃的高溫氣體，以及低流速、散熱風(fēng)扇的強制散熱，模擬仿真得到散熱排出端氣體溫度穩(wěn)定在43 ℃左右（圖6為散熱分析結(jié)果），理論分析可以滿足設(shè)計需求。

基于設(shè)備功能性要求：進風(fēng)口氣流速度在1～2 m/s、反應(yīng)載體部分氣流速度小于2.5 m/s，對設(shè)備氣流做流體分析?；诜桨覆季质紫群喕鞯滥Ｐ腿鐖D7所示，標(biāo)注有進氣方向和排氣方向。對模型進行條件設(shè)置，入口初始平均流速定為2 m/s，圖8分析結(jié)果顯示載體段氣流速度低于1.6 m/s，滿足設(shè)備需求。同時還能看出氣流在加熱段和散熱器段產(chǎn)生渦流，這也是氣流動力損失的重要因素，給下一步的流道優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。

3" 新型灸療凈煙設(shè)備的性能測試

3.1" 測試條件及準(zhǔn)備

該實驗測試是對艾煙進入設(shè)備處理后排放結(jié)果的檢測，需要在相對密閉無風(fēng)的常溫測試間進行，避免測試數(shù)據(jù)的失真。實驗器材準(zhǔn)備：明火灸療儀一臺、4 cm直徑艾柱、點火用打火機、BLATN四合一檢測儀（PM2.5、PM10、HCHO、TVOC）、新開發(fā)的灸療煙霧凈化設(shè)備、記錄數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)用計算機一臺。為了能夠?qū)崟r監(jiān)控設(shè)備相關(guān)狀態(tài)，研發(fā)階段同步開發(fā)了一套Windows調(diào)試程序，通過485串口連接控制電路板，設(shè)備上電后可以調(diào)試初裝設(shè)備相關(guān)參數(shù)，并且記錄測試相關(guān)數(shù)據(jù)。

測試方法：優(yōu)先對設(shè)備通電，并用485轉(zhuǎn)USB數(shù)據(jù)線連接計算機，調(diào)試好各項預(yù)設(shè)參數(shù)后，開機預(yù)熱設(shè)備并開始記錄過程數(shù)據(jù)，同時開啟四合一檢測儀放置通風(fēng)處等待。①待設(shè)備結(jié)束預(yù)熱進入正常工作階段，將檢測儀放置在設(shè)備0.2 m范圍類，連續(xù)檢測數(shù)據(jù)30 min并錄視頻記錄下來；②完成初期環(huán)境檢測后，安裝好艾柱并將灸療儀管路連接到設(shè)備進氣口，點燃艾柱同時再次開始連續(xù)檢測數(shù)據(jù)30 min并錄視頻；③等艾柱完全燃燒完后，將凈化設(shè)備關(guān)機進入散熱階段，直至完全停止，斷開灸療儀管路與設(shè)備的連接，灸療儀再次安裝艾柱并點燃，將檢測儀放置在灸療儀0.2 m范圍類連續(xù)檢測數(shù)據(jù)30 min并錄視頻。

測試結(jié)束，整理計算機記錄的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和3次測試數(shù)據(jù)視頻，統(tǒng)計匯總到表格并作分析，如果數(shù)據(jù)有較大誤差，檢查實驗儀器管路密封如何、實驗環(huán)境條件是否滿足要求，并作出調(diào)整重新測試，保證得到準(zhǔn)確、可靠的測試數(shù)據(jù)，給該系列設(shè)備開發(fā)優(yōu)化提供充足依據(jù)。

3.2" 測試結(jié)果及分析

先對測試過程中凈化設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控的數(shù)據(jù)進行分析，主要是設(shè)備熱電偶傳感器的反饋結(jié)果。從溫度時間曲線結(jié)果圖9可以看出，開機75 min前，設(shè)備預(yù)熱快速升溫到正常工作階段后，溫度一直穩(wěn)定在350～400 ℃，為設(shè)備催化處理反應(yīng)做準(zhǔn)備；設(shè)備開始處理進入的煙霧后，傳感器反饋的溫度逐漸上升到400～500 ℃，這樣就能滿足設(shè)備催化處理的溫度需求。這階段因為煙霧經(jīng)過了燃燒及催化氧化反應(yīng)，會釋放能量導(dǎo)致溫度上升；煙霧處理結(jié)束后，反應(yīng)段溫度又會逐漸下降穩(wěn)定到400 ℃左右；最后設(shè)備關(guān)機散熱階段，該溫度會快速下降到指定安全溫度后完全斷電。整個過程實測與控制理論設(shè)計完全一致。

然后對四合一檢測儀測試結(jié)果匯總整理，制作了四個環(huán)境參數(shù)曲線、煙霧處理后參數(shù)曲線以及煙霧未處理的參數(shù)曲線，如圖10—13測試對比結(jié)果。實測在沒有煙霧的環(huán)境下PM2.5、PM10、TVOC 3個參數(shù)（圖表中a線條）均在室內(nèi)空氣質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)以下：PM2.5＜50 μg/m3、PM10＜100 μg/m3、TVOC＜0.6 mg/m3[8]，HCHO含量在0.16 mg/m3左右，略微高于國家標(biāo)準(zhǔn)的0.08 mg/m3；而煙霧未經(jīng)處理排放室內(nèi)，4個參數(shù)（圖表中b線條）全都爆表：PM2.5＞999 μg/m3、PM10＞999 μg/m3、HCHO＞9.999 mg/m3、TVOC＞9.999 mg/m3；將灸療煙霧導(dǎo)入設(shè)備處理后再排放室內(nèi)，4個參數(shù)（圖表中c線條）測試結(jié)果顯示全都低于沒有煙霧的環(huán)境下參數(shù)曲線，而且HCHO含量穩(wěn)定后在0.001 mg/m3左右、TVOC含量穩(wěn)定后在0.05 mg/m3以下，遠低于國家標(biāo)準(zhǔn)，相對于煙霧未經(jīng)處理排放室內(nèi)，該凈化設(shè)備的煙霧處理效果顯著且能達到室內(nèi)排放國家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果完全符合設(shè)備開發(fā)預(yù)期。

4" 結(jié)束語

從原理分析到方案開發(fā)再到性能測試，該新型灸療煙霧凈化處理設(shè)備可以填補這個領(lǐng)域煙霧處理困難的空缺。基于設(shè)備煙霧處理原理，其可以拓展應(yīng)用于有煙霧或者氣體凈化比如電焊錫焊煙霧環(huán)境，而且設(shè)備集成度高、維護簡單成本低、推廣容易。還可以對核心模塊進行并聯(lián)組裝形式，衍生大功率大處理量的設(shè)備機組，以滿足大量煙霧處理需求。

參考文獻：

[1] 張原生，鄭麗貞.一種艾灸煙霧凈化器：202222680725.2[P].2023-04-28.

[2] 周長仁，趙寶庫，時凱，等.艾灸床用凈煙箱：201921340674.0[P].2020-07-14.

[3] 劉振學(xué)，丁亞男，蘇華雷，等.艾灸煙霧成分的GC-MS測定及其毒副作用初步探討究[J].中藥材，2016，39（7）：1562-1566.

[4] 袁曄.新型凈煙艾灸器的研發(fā)與探索[D].鄭州：河南中醫(yī)學(xué)院，2012.

[5] 劉美鳳，周蕙.艾葉揮發(fā)油與燃燒煙霧的化學(xué)成分比較[J].華南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，40（1）：32-33.

[6] 蔡畫鹢.基于單片機的艾灸煙霧處理機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（5）：91-92.

[7] 李強，蔣伯誠，馬春華，等.關(guān)于艾灸煙霧化學(xué)成分的實驗分析[J].黑龍江中醫(yī)藥，1993（4）：44-46.

[8] 國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GBT18883—2022[S].