專利名稱：等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于空氣消毒凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合 的空氣消毒凈化器。
技術(shù)背景隨著人類文明進(jìn)步，人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境卻是不斷惡化，空氣污染日趨 嚴(yán)重軍團(tuán)菌、葡萄球菌及支原體之類細(xì)菌及其各種各樣的病毒；各種類型的揮發(fā)性有機(jī) 化合物VOCs ；以氣溶膠存在形式的塵埃粒子和放射性粒子之類的顆粒污染物。特別強(qiáng)調(diào)的 是近幾年來SARS、禽流感及各種流行性感冒病毒大規(guī)模傳染爆發(fā)時(shí)有發(fā)生。尤其是當(dāng)前的 甲型Hmi流感已經(jīng)造成全球30多萬人感染，近3000人死亡。甲型Hmi流感的感染途徑 主要是空氣，感染性病原體通常附在空氣中< 5 μ m浮游微粒上，隨空氣流動(dòng)而擴(kuò)散，被感 染者因吸入這種空氣而致??；再是飛沫感染患者咳嗽、打噴嚏、說話所產(chǎn)生的帶病原體的 口液飛沫在空氣中漂浮，與患者近距離受感染的機(jī)率較大。低溫等離子體與二氧化鈦光催化技術(shù)作為近年來出現(xiàn)的新型空氣凈化技術(shù)，它們 均能高效殺滅細(xì)菌，降解揮發(fā)性有機(jī)化合物vocs，也可以抑制甲型Hmi流感的空氣傳播途 徑。尤其是低溫等離子體空氣消毒凈化器內(nèi)含靜電場，還能吸附粒徑小至O. 01 μ m顆粒物。經(jīng)過調(diào)查分析目前多數(shù)廠家用于空氣消毒的等離子體反應(yīng)器放電正極不敢再用 金屬絲，是因?yàn)橥ぷ鞑坏饺⑺膫€(gè)月就斷絲，無可奈何改用鋸齒狀及針尖狀放電正極， 被迫接受產(chǎn)生的等離子體濃度低，所產(chǎn)生的臭氧、氮氧化物等副作用也多的事實(shí)，所以它只 能用于電子靜電吸附型是可想而知的。例如中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?00710038821. 4，發(fā) 明名稱《拼裝積木式窄間距靜電場裝置》說明書首頁就提出“細(xì)線容易斷線的缺陷極大地 影響了裝置的可靠性。”就是因?yàn)椤皵嘟z”才無可奈何改成尖針狀、鋸齒狀電極的靜電吸附型 空氣凈化器。原因是等離子體反應(yīng)器正、負(fù)電極之間選用絕緣材料作支架直接固定金屬絲 的正電極。經(jīng)發(fā)明人反復(fù)試驗(yàn)研究表明介電常數(shù)高的絕緣材料對隔離高電位的正、負(fù)極有 好處，致命弱點(diǎn)是在等離子體反應(yīng)器內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生微放電現(xiàn)象；其次是隨著工作時(shí)間增加，其 表面隨大氣濕度、塵埃的堆積而造成的漏電、爬弧。介電常數(shù)越高的材料，其表面微放電現(xiàn) 象愈甚。為了提升消毒凈化效果，往往提高等離子體反應(yīng)器的外加電源電壓，是正電極周圍 形成的強(qiáng)電場，在等離子體的催化作用下導(dǎo)致正電極金屬絲與絕緣材料接觸區(qū)域局部產(chǎn)生 微放電。這種微放電現(xiàn)象產(chǎn)生的高能電子對絕緣材料和金屬導(dǎo)電材料分子的電離和離解起 到直接作用，分解產(chǎn)物是它們的氧化物及水。這就是等離子體反應(yīng)器的放電正電極選用細(xì) 金屬絲容易被燒斷的根源所在。再一個(gè)是高壓電源對于呈容性負(fù)載的等離子體反應(yīng)器匹配問題。試驗(yàn)表明在大 氣壓下要想使反應(yīng)器作電暈放電產(chǎn)生高濃度等離子體以提高其殺菌消毒凈化效率應(yīng)具備 兩個(gè)條件。首先是外加高壓電場只對空氣中的電子施加能量，在瞬間(nS級)增溫、加速， 獲得動(dòng)能，使質(zhì)量很小的電子溫度高達(dá)一萬度以上，而其它粒子獲得極低能量。另一個(gè)條件 是外加電場對電子施加能量的時(shí)間(uS級)要遠(yuǎn)小于不給電子施加能量的時(shí)間，使氣體獲得的能量能夠及時(shí)傳導(dǎo)出去，防止過渡到熱等離子體而降低效率。這就要求等離子體電源 不但提供10——20KV的直流高壓電外，還必需有高的占空比，上升時(shí)間達(dá)到至少是120nS 的高頻窄脈沖電流。同時(shí)考慮到等離子體反應(yīng)器是容性負(fù)載，一般相當(dāng)于幾百至上千uuF 的電容量。正、負(fù)電極長期工作又難免被意外短路，所有這些對于等離子體電源的安全性、 穩(wěn)定性要求之苛刻是可想而知的。鑒于目前半導(dǎo)體功率開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間是uS 級，采用常規(guī)的設(shè)計(jì)方法例如半橋逆變、多諧振蕩、間歇振蕩或倍壓整流是很難滿足上述 兩個(gè)條件的。nS級的耐高壓大功率開關(guān)器件價(jià)格昂貴，而且工作壽命短，設(shè)計(jì)在民用產(chǎn)品上 是不切實(shí)際的。上述兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)正是業(yè)內(nèi)人士最為關(guān)注的，集中研究的焦點(diǎn)；也是等離子體空氣 消毒凈化器開發(fā)的瓶頸口。二氧化鈦(TiO2)光催化凈化技術(shù)是近年來興起的一種高科技前沿凈化技術(shù)。光觸 媒是利用光源做催化反應(yīng)促進(jìn)有機(jī)物分解的光半導(dǎo)體物質(zhì)，二氧化鈦在紫外光線作用下， 光源的能量激發(fā)TiO2周圍的氣體分子產(chǎn)生活性極強(qiáng)的自由基。這些氧化能力極強(qiáng)的自由 基幾乎可以分解絕大部分有機(jī)物質(zhì)與部分無機(jī)物質(zhì)，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的空穴，其能量 相當(dāng)于15000K的高溫；自由基還能破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜，使細(xì)胞質(zhì)流失，進(jìn)而氧化細(xì)胞核，而 殺死細(xì)菌。它可以直接殺滅細(xì)菌和徹底分解有機(jī)物為CO2和H2O等無機(jī)無害小分子，達(dá)到殺 菌，除臭，空氣凈化的效果。目前常用的光觸媒是氧化能力極強(qiáng)的超微粒子化的二氧化鈦， 檢測中心檢測結(jié)果表明光觸媒對常見的細(xì)菌的殺滅率在99%以上。但是，目前的二氧化 鈦(TiO2)光催化凈化技術(shù)單獨(dú)使用時(shí)，光觸媒必須依靠紫外線的照射才能產(chǎn)生作用，而紫 外線放電燈容易損壞，紫外線對人體也有傷害；特別是它對顆粒污染物無所作為。因此有人 把它與高壓靜電集塵裝置相結(jié)合，同時(shí)也彌補(bǔ)了高壓靜電集塵殺滅細(xì)菌和分解有機(jī)物效果 不良的缺陷。例如申請?zhí)枮?00810060790. 7，申請日2008. 4. 22，發(fā)明名稱《一種長效凈化室
內(nèi)空氣復(fù)合污染的裝置》的獨(dú)立權(quán)項(xiàng)是這樣描述的一種長效凈化室內(nèi)空氣復(fù)合污染的裝 置，包括外殼，其特征在于所述的外殼內(nèi)設(shè)有風(fēng)機(jī)、高壓靜電放電極、高壓電源、集塵板、灰 塵收集器、直流電源、紫外光源、光催化板、免再生活性炭纖維層；外殼前部下端設(shè)有進(jìn)氣 口，后部下端設(shè)有出氣口，殼體內(nèi)靠近出氣口設(shè)置風(fēng)機(jī)；殼體內(nèi)靠近進(jìn)氣口設(shè)有高壓靜電放 電極，與高壓靜電放電極平行設(shè)有一集塵板；集塵板后設(shè)置若干組光催化板，相鄰的光催化 板一端交替與外殼的上下板固定，另一端留有空隙；光催化板間設(shè)有紫外線；殼體后部風(fēng) 機(jī)前設(shè)有免再生活性炭纖維層；裝置底部依次設(shè)灰塵收集器、直流電源、高壓電源，其中灰 塵收集器置于集塵板下方中間，直流電源正極與光催化板相連，高壓電源負(fù)極與高壓靜電 放電極相連。該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是光催化和靜電集塵互補(bǔ)，但設(shè)置了紫外光源，紫外線放電燈容易 損壞，紫外線對人體的傷害是顯而易見的。紫外光源耗電也不小，一個(gè)60m3的室內(nèi)符合國 家衛(wèi)生部關(guān)于公共場所空氣凈化標(biāo)準(zhǔn)，功率至少需要160W。再說靜電集塵的滅菌和分解有 機(jī)物效果不及等離子體空氣凈化器。再如專利號為0325102. 8，實(shí)用新型名稱《平板型納米二氧化鈦等離子體放電催化 空氣消毒器》的技術(shù)方案是設(shè)置兩塊平板型電極，中間是空氣間隙，其中一塊表面設(shè)有陶瓷 層，陶瓷層上涂有二氧化鈦，它不設(shè)紫外光源。不難看出兩塊平板型電極屬于吸附型靜電
5除塵基本結(jié)構(gòu)，它只能用于介質(zhì)阻擋放電，不可能如說明書所述會(huì)產(chǎn)生“電暈放電”，因?yàn)樗?說的陶瓷層是絕緣材料，紫外線當(dāng)然也不會(huì)產(chǎn)生。該實(shí)用新型的納米二氧化鈦不起作用是 顯而易見的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種空氣消毒凈化效 率高、節(jié)能、可靠性好、工作壽命長；而且結(jié)構(gòu)簡單的等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣 消毒凈化器。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器，包括等離子體反應(yīng)器、脈沖電 源、風(fēng)機(jī)組件、進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口和外殼。進(jìn)風(fēng)口設(shè)有初效空氣過濾器和中效空氣過濾器，出風(fēng) 口設(shè)有初效空氣過濾器，等離子體反應(yīng)器和風(fēng)機(jī)組件設(shè)置在氣流之中。所述的等離子體反 應(yīng)器內(nèi)設(shè)有若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶在同一平面內(nèi)按等距離平行排列制成的正電 極，正電極置于相鄰兩個(gè)負(fù)電極中間部位。正電極的兩端是固定在阻止微放電導(dǎo)電軌上對 應(yīng)的凹槽或凸部中，阻止微放電導(dǎo)電軌是由鋁棒或不銹鋼條制成，阻止微放電導(dǎo)電軌的兩 端再與正交設(shè)置在反應(yīng)器四周的四根正電極金屬支架固定，并作電連通。每根正電極金屬 支架的上、下兩端各設(shè)一個(gè)絕緣連接物與反應(yīng)器外殼相對應(yīng)的安裝孔固定。所述的負(fù)電極 的上、下兩端是直接固定在金屬制成的反應(yīng)器外殼上，并作電連通。所述的負(fù)電極是表面氧 化處理的鋁板制成，負(fù)電極的兩面敷設(shè)納米級Ti02。所述的脈沖電源是單獨(dú)安裝在另一殼體內(nèi)，脈沖電源內(nèi)設(shè)有EMC濾波器、整流電 路、濾波電路、脈沖發(fā)生器、脈沖變壓器依次序作電連接，脈沖變壓器的輸出端外接等離子 體反應(yīng)器。所述的脈沖變壓器輸出低電位端設(shè)有電流檢測電路，將檢測到的脈沖變壓器輸 出電流信號送入脈沖發(fā)生器輸入端，脈沖發(fā)生器內(nèi)設(shè)有的振蕩器、誤差放大器、PWM比較器 及開關(guān)管，脈沖變壓器與脈沖發(fā)生器內(nèi)的開關(guān)管是單端反激式逆變器設(shè)置的。優(yōu)先地所述的等離子體反應(yīng)器與風(fēng)機(jī)組件之間還可以設(shè)有二氧化鈦催化板，二氧 化鈦催化板由表面氧化鋁板制成，鋁板上設(shè)有均勻密布小圓孔作氣流通道，鋁板緊靠等離 子體反應(yīng)器的平面上敷設(shè)納米級TiO2 ；所述的納米級TiO2是帶隙能3. 2eV的銳鈦礦型催化 劑。優(yōu)先地所述的等離子體反應(yīng)器正電極的鎳鉻金屬絲直徑最佳值是0. 15—— 0. 20mm,或鎳鉻金屬帶最佳寬度是1. 0——2mm,厚度是0. 08——0. 10_。優(yōu)先地風(fēng)機(jī)組件中設(shè)有鋸齒狀邊緣風(fēng)葉的低噪聲風(fēng)機(jī)，鋸齒高度是4——8mm，齒 間距離為5——10讓。優(yōu)先地所述的脈沖變壓器設(shè)有一個(gè)多槽絕緣線圈骨架，次級線圈是分三段至五段 繞制在多槽絕緣線圈骨架相對應(yīng)的凹槽內(nèi)串聯(lián)而成。所述的初級線圈和次級線圈的內(nèi)孔中 設(shè)有磁芯作電磁耦合，磁芯的磁回路中設(shè)有磁氣隙；所述的磁芯最佳設(shè)計(jì)用鐵基超微晶鐵 心，也可以設(shè)置鐵氧體磁心。優(yōu)先地所述的EMC濾波器設(shè)有差模電感器LI和共模電感器L2兩者串聯(lián)，EMC濾 波器輸入端并聯(lián)電容器Cl，EMC濾波器輸出端并聯(lián)電容器C2。優(yōu)先地所述的脈沖發(fā)生器內(nèi)的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器可以是制成一個(gè)
6模塊，也可以選用開關(guān)電源控制集成電路ICl包括UC3842、SG6848D制成；或數(shù)字控制電路 和脈沖發(fā)生器是合用一塊單片集成電路的，三端開關(guān)電源ICl包括T0P225或T0P224制成， 也可以是用性能更好的單片五端開關(guān)電源ICl包括MC33374制成。優(yōu)先地所述的電流檢測電路內(nèi)設(shè)有光耦集成電路IC2的型號是PC817或P721。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的有益效果本實(shí)用新型將等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合，是優(yōu)勢互補(bǔ)，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的等離子體反應(yīng)器正電極是由若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶固 定在阻止微放電導(dǎo)電軌上的，遠(yuǎn)離絕緣連接物；再是阻止微放電導(dǎo)電軌的兩端又與正交設(shè) 置在反應(yīng)器四周的四根正電極金屬支架固定。絕緣連接物僅僅是一個(gè)端面與阻止微放電導(dǎo) 電軌表面相接觸，所以與現(xiàn)有技術(shù)相比，其微放電效應(yīng)被阻止，不會(huì)影響等離子體反應(yīng)器正 常工作，使用壽命可達(dá)八年以上。同時(shí)，使每根鎳鉻絲或金屬帶在直流強(qiáng)電場中作穩(wěn)定的電 暈放電，等離子體濃度比鋸齒狀或針尖狀放電極提高一倍以上。本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的脈沖電源中的脈沖發(fā)生器輸出端設(shè)有電流檢測電路，電流檢 測電路與脈沖發(fā)生器的默契配合，能自動(dòng)調(diào)整脈沖發(fā)生器的輸出脈沖寬度。脈沖發(fā)生器與 脈沖變壓器是按反激式逆變器設(shè)置，獲得高頻窄脈沖驅(qū)動(dòng)電流，在呈容性的等離子體反應(yīng) 器工作中不會(huì)出現(xiàn)打火之類故障。必須說明的是，脈沖發(fā)生器與脈沖變壓器按反激式逆變 器設(shè)置，它除了完成升壓任務(wù)，還使與之連接的等離子體反應(yīng)器與市電隔離，反應(yīng)器的負(fù)電 極和外殼可以直接安全接地，電磁屏蔽性能更好。同時(shí)獲得意想不到的有益效果是反激式逆變器輸出的脈沖電流是脈沖發(fā)生器 在關(guān)斷時(shí)使存儲在脈沖變壓器初級繞組內(nèi)的磁能瞬間釋放，獲得輸出18KVP_P，工作頻率 40KHZ，脈沖寬度4μ S，上升時(shí)間70nS的窄脈沖高壓電暈放電電流；再是當(dāng)?shù)入x子體反應(yīng)器 意外短路，由于反激式脈沖變壓器的隔離作用，即脈沖發(fā)生器關(guān)閉時(shí)脈沖變壓器的次級才 導(dǎo)通輸出，因而脈沖電源的半導(dǎo)體開關(guān)管工作是安全的，保護(hù)電路作輔助用，可靠性高，開 關(guān)管可以選用耐壓600V的普通功率半導(dǎo)體管。特別強(qiáng)調(diào)的是等離子體反應(yīng)器負(fù)電極表面氧化處理的鋁板制成，上面層面是容易 敷設(shè)Ti02。氧化處理生成的Al2O3層面薄，在18KVP_Pf脈沖高壓電場中不影響電暈放電。當(dāng) 等離子體反應(yīng)器作電暈放電時(shí)，反應(yīng)區(qū)發(fā)出的藍(lán)光含有紫外線，波長為300——400nm,光強(qiáng) 峰值位于357nm。而TiO2的禁帶寬度是3. 2eV，對應(yīng)紫外線波長閾值是387. 5nm。實(shí)驗(yàn)表明 TiO2作空氣消毒凈化時(shí)，催化光源波長最好是< 387. 5nm，反應(yīng)區(qū)發(fā)出的紫外線波長峰值位 于357nm是符合這一條件的。這樣一來，紫外光源就可省掉，避免了紫外線放電燈損壞、對 人體的傷害及紫外光源耗電量大的弊端。本實(shí)用新型的消毒因子是低溫等離子體加激發(fā)TiO2所產(chǎn)生的自由基。本實(shí)用新型具有廣譜殺菌效果對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、枯草桿菌、白念株 菌、霉菌及支原體、乙肝、流感等病毒均有高效的殺滅率。同時(shí)具有除塵、去血腥、去異味、降 解甲醛、煙霧和TVOC等有機(jī)廢氣的功能。經(jīng)實(shí)測在20m3密封房間空氣中人工噴染的白色 葡萄球菌，一臺額定功率為7W的本發(fā)明工作20min后的殺滅率為99. 98%以上，工作40min 的殺滅率可高達(dá)100%。甲醛降解率98. 7%，懸浮粒子數(shù)彡350個(gè)/L(Φ彡0. 5 μ m)，空氣 中留存臭氧量彡0. 05mg/m3。節(jié)能是顯而易見的本發(fā)明在IOOm3室內(nèi)達(dá)到醫(yī)院II類環(huán)境消毒標(biāo)準(zhǔn)的消耗功率為6——7W。比同樣效果的申請?zhí)枮?00810060790. 7的發(fā)明，內(nèi)設(shè)高壓靜電、紫外光源和 光催化板的空氣消毒凈化器能耗至少節(jié)省150W?？偟恼f來，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合，具有空氣消毒凈化 效率高、可靠性好、工作壽命長；而且結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉又節(jié)能?？梢姡景l(fā)明對于現(xiàn)有技術(shù)，對于所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，是非顯而易見 的，并能夠產(chǎn)生預(yù)想不到的技術(shù)效果。

[0033]圖1是等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器的結(jié)構(gòu)示意圖；[0034]圖2是本實(shí)用新型等離子體反應(yīng)器正面視圖；[0035]圖3是本實(shí)用新型空氣消毒凈化器的工作示意圖 [0036]圖4是本實(shí)用新型的脈沖電源電原理圖；[0037]圖5是本實(shí)用新型的脈沖變壓器結(jié)構(gòu)示意圖；[0038]圖6是本實(shí)用新型的脈沖變壓器電路圖；[0039]主要部件附圖標(biāo)記說明[0040]1-等離子體反應(yīng)器2_脈沖電源3-風(fēng)機(jī)組件[0041]5-進(jìn)風(fēng)口6-出風(fēng)口8-外殼[0042]101-正電極102-負(fù)電極103-阻止微放電導(dǎo)電軌[0043]104-正電極金屬支架105-絕緣連接物106-絕緣連接物固定栓[0044]107-導(dǎo)電軌固定圈108-反應(yīng)器外殼201-EMC濾波器[0045]202-整流電路203-濾波電路204-脈沖發(fā)生器[0046]205-脈沖變壓器206-電流檢測電路211-初級絕緣線圈骨架[0047]212-多槽絕緣線圈骨架214-初級線圈215-次級線圈[0048]216-磁芯217-高壓快恢復(fù)二極 I 218-磁氣隙[0049]401-初效空氣過濾器402-中效空氣過濾器403- 二氧化鈦催化板
具體實(shí)施方式
下面參照附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。實(shí)施例1 圖1是本實(shí)用新型等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器的結(jié)構(gòu)示意 圖；圖2是本實(shí)用新型等離子體反應(yīng)器正面視圖。如圖1所示，等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器，包括等離子體反 應(yīng)器1、脈沖電源2、風(fēng)機(jī)組件3、進(jìn)風(fēng)口 5、出風(fēng)口 6和外殼8。進(jìn)風(fēng)口 5設(shè)有初效空氣過濾 器401和中效空氣過濾器402，出風(fēng)口 6設(shè)有初效空氣過濾器401。等離子體反應(yīng)器1和風(fēng) 機(jī)組件3設(shè)置在氣流之中，等離子體反應(yīng)器1內(nèi)設(shè)有若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶在同 一平面內(nèi)按等距離平行排列制成的正電極101，正電極101置于相鄰兩個(gè)負(fù)電極102中間部 位。正電極101的兩端是固定在阻止微放電導(dǎo)電軌103上對應(yīng)的凹槽或凸部中，凸部可以 設(shè)計(jì)成金屬梢釘或者是不銹鋼彈性片。阻止微放電導(dǎo)電軌103的兩端再與正交設(shè)置在反應(yīng) 器四周的四根正電極金屬支架104固定，并作電連通。每根正電極金屬支架104的上、下兩端各設(shè)一個(gè)絕緣連接物105與反應(yīng)器外殼108相對應(yīng)的安裝孔固定。所述的負(fù)電極102的 上、下兩端是直接固定在金屬制成的反應(yīng)器外殼108上，并作電連通。所述的負(fù)電極102是 表面氧化處理的鋁板制成，負(fù)電極102的兩面敷設(shè)納米級Ti02。阻止微放電導(dǎo)電軌103是 由鋁棒或不銹鋼條制成，若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶制成的正電極101的兩端固定在 阻止微放電導(dǎo)電軌103上對應(yīng)位置的凹槽或凸部中予以定位。本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的正電極金屬支架104外緣設(shè)有內(nèi)孔徑4. Imm的阻止微放電導(dǎo) 電軌固定圈107，等距離隔開相鄰的阻止微放電導(dǎo)電軌103，固定圈的長度按減小同極性電 磁場相互屏蔽作用的要求設(shè)定。本例導(dǎo)電軌固定圈107設(shè)計(jì)為18——25mm。本實(shí)用新型所設(shè)置的正電極101是由若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶設(shè)在同一 平面內(nèi)，并按24mm最佳值等距離排列制成一個(gè)組件，共計(jì)η組(η為100以下整數(shù))；負(fù)電 極102是金屬板為η+1塊；正電極101與負(fù)電極102之間的最佳距離是12mm。正電極101 的鎳鉻金屬絲直徑最佳值是0. 15——0. 20mm,或鎳鉻金屬帶最佳寬度是1. 0——2mm,厚度 是 0. 08-0. 10mm。圖4是本實(shí)用新型的脈沖電源電原理圖。脈沖電源2是單獨(dú)安裝在另一殼體內(nèi)。脈沖電源2內(nèi)設(shè)有EMC濾波器201、整流 電路202、濾波電路203、脈沖發(fā)生器204、脈沖變壓器205依次序作電連接，脈沖變壓器205 的輸出端外接等離子體反應(yīng)器1。脈沖變壓器205輸出低電位端設(shè)有電流檢測電路206，將 檢測到的脈沖變壓器205輸出電流信號送入脈沖發(fā)生器204輸入端，脈沖發(fā)生器204內(nèi)設(shè) 有的振蕩器、誤差放大器、PWM比較器及開關(guān)管。振蕩器、誤差放大器、PWM比較器及開關(guān)管 是設(shè)置在一個(gè)模塊內(nèi)的，也可以集成在集成電路ICl內(nèi)，ICl內(nèi)的開關(guān)管D極接脈沖變壓器 205初級繞組al端，S極接整流電路202負(fù)輸出端，控制極C與電流檢測電路206內(nèi)所設(shè) 的光耦電路IC2輸出端4連接。脈沖變壓器205的初級線圈214和次級線圈215的同名端 al、a2和異名端bl、b2是反向設(shè)置的。脈沖變壓器205與集成電路ICl內(nèi)的開關(guān)管是單端 反激式逆變器設(shè)置的。光耦I(lǐng)C2的輸入端1腳接地，光耦I(lǐng)C2輸入端2腳與脈沖變壓器205的次級線圈 異名端b2連接，光耦I(lǐng)C2輸出端3腳接整流電路202的負(fù)輸出端，光耦I(lǐng)C2的4腳是輸出 端。取樣電阻R2并聯(lián)在光耦I(lǐng)C2的輸入端。流經(jīng)取樣電阻R2上是脈沖變壓器205送至等 離子體反應(yīng)器1的工作電流，由光耦I(lǐng)C2光電轉(zhuǎn)換作電隔離后，將等離子體反應(yīng)器1的工作 電流取樣送至脈沖發(fā)生器204內(nèi)的誤差放大器和PWM比較器處理。當(dāng)?shù)入x子體反應(yīng)器1工 作時(shí)被損壞、老化、短路時(shí)的異常狀態(tài)信號電流經(jīng)過處理，PWM比較器的輸出脈寬為零，開關(guān) 管被關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)。同樣，當(dāng)?shù)入x子體反應(yīng)器1的工作電流因負(fù)載大小而變化，PWM比 較器的輸出脈寬也改變，控制開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整脈沖電源輸出功率。本實(shí)用新型所述的脈沖發(fā)生器204內(nèi)設(shè)有瞬變二極管D5和快恢復(fù)二極管D6反 向串聯(lián)后與初級線圈214并聯(lián)，瞬變二極管D5的正極與整流電路202的正輸出端連接，電 容器C6與瞬變二極管D5并連?？旎謴?fù)二極管D6的正極與開關(guān)管漏極連接。瞬變二極管 D5吸收脈沖發(fā)生器204關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的反向超過閾值的峰值電壓，起箝位作用。本實(shí)施例當(dāng) 市電電壓為220V時(shí)，瞬變二極管D5優(yōu)選1. 5KE250A型，工作電流4. 2A，限幅電壓237—— 263V。整流電路202是由二極管Dl、D2、D3和D4按橋式整流電路連接。濾波電容器C3與 整流電路202直流輸出端并聯(lián)。
9[0060]本實(shí)用新型脈沖電源2工作原理市電由整流電路202橋式整流，濾波電容器C3濾波供脈沖發(fā)生器204逆變。當(dāng)脈 沖發(fā)生器204中的開關(guān)管被PWM脈沖激勵(lì)而導(dǎo)通時(shí)，次級高壓快恢復(fù)二極管217因反向而 截止；整流電路202直流輸出電壓施加到脈沖變壓器205初級線圈的兩端，此時(shí)初級線圈 214相當(dāng)于一個(gè)純電感，流過初級線圈214的電流線性上升，電源能量以磁能形式存儲在初 級線圈214的電感中；當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，由于電感電流不能突變，初級線圈214兩端電壓極 性瞬間反向，次級線圈215上的電壓極性顛倒使高壓快恢復(fù)二極管217正向?qū)?，初級線圈 214儲存的能量傳送到次級線圈215升壓，產(chǎn)生高壓窄脈沖電流，提供給外接的等離子體反 應(yīng)器1作電暈放電。實(shí)施例2 圖3是本實(shí)用新型空氣消毒凈化器的工作示意圖。所述的等離子體反應(yīng)器1與風(fēng) 機(jī)組件3之間還可以設(shè)有二氧化鈦催化板403，二氧化鈦催化板403由表面氧化鋁板制成， 鋁板上設(shè)有均勻密布小圓孔作氣流通道，鋁板緊靠等離子體反應(yīng)器1的平面上敷設(shè)納米級 Ti02。所述的納米級TiO2是帶隙能3. 2eV的銳鈦礦型催化劑。銳鈦礦型催化劑的帶隙能 高，其殺毒滅菌、降解TVOs效果好。實(shí)施例3 本實(shí)用新型所述的風(fēng)機(jī)組件3中設(shè)有鋸齒狀邊緣風(fēng)葉的低噪聲風(fēng)機(jī)，鋸齒高度 是4——8mm，齒間距離為5——10mm，鋸齒高度和齒間距離是根據(jù)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)的。依照 仿生學(xué)的觀點(diǎn)，鳥類翅膀邊緣羽毛尖端呈鋸齒狀，翅膀上下波動(dòng)與高速氣流磨擦噪音是極 低的。鋸齒狀邊緣風(fēng)葉的低噪聲風(fēng)機(jī)與同樣功率、風(fēng)量的普通風(fēng)機(jī)對比，平均噪聲指標(biāo)要 低3-5dB。一種普通風(fēng)機(jī)外徑為220mm，風(fēng)管長60mm，電壓220V/50Hz，工作電流0. 60A, 風(fēng)量1200m3/h時(shí)的噪聲是59. 5dB (A)，換上同樣大小的鋸齒狀邊緣風(fēng)葉后實(shí)測噪聲為 54. 8dB (A)。實(shí)施例4 圖5是本實(shí)用新型的脈沖變壓器結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的脈沖變壓器電路圖。 圖中的脈沖變壓器205初級線圈214是繞在初級絕緣線圈骨架211內(nèi)，脈沖變壓器205的 輸出端設(shè)有高壓導(dǎo)線213與等離子體反應(yīng)器1的正極連接。脈沖變壓器205設(shè)有一個(gè)多槽絕緣線圈骨架212，次級線圈215是分三段至五段繞 制在多槽絕緣線圈骨架212相對應(yīng)的凹槽內(nèi)串聯(lián)而成，只要體積允許，可以是三個(gè)、四個(gè)甚 至五個(gè)以上。每段線圈之間設(shè)一高壓快恢復(fù)二極管217，高壓快恢復(fù)二極管217的正極接在 低電位線包的末端，高壓快恢復(fù)二極管217的負(fù)極接在高電位線包的起始端。高壓快恢復(fù) 二極管217將次級線圈215每個(gè)線包作高頻隔離，繞組的分布電容是按指數(shù)下降，有利于提 高輸出脈沖的上升沿和下降沿的速率；還可以降低對高壓快恢復(fù)二極管217的反向耐電壓 要求，既降低成本、又增加工作可靠性，獲得意想不到的效果。一般地說，線圈分三段繞制的繞組分布電容是原來的九分之一左右，線圈分五段 繞制的繞組分布電容是原來的二十五分之一左右。高壓快恢復(fù)二極管217的耐電壓參數(shù)至 少是12KV，恢復(fù)時(shí)間小于80nS。所述的初級線圈214和次級線圈215的內(nèi)孔中設(shè)有磁芯216作電磁耦合，磁芯 216是鐵基超微晶鐵心，磁芯216的磁回路中設(shè)有磁氣隙218。磁氣隙218的設(shè)置寬度是0. 15——0.4mm，是根據(jù)工作頻率和輸出功率予以調(diào)整。最佳實(shí)施例工作頻率38KHz，輸出 功率7W，磁氣隙218設(shè)置寬度是0. 25mm。所述的磁芯216也可以是R2KD的鐵氧體磁心材 料制成。只是軟磁鐵氧體磁芯的工作磁通密度不高、磁導(dǎo)率偏低，繞組線圈需要增加一倍以 上才能達(dá)到原來的電感量，這當(dāng)然會(huì)使脈沖變壓器205的輸出效率、脈沖上升速率指標(biāo)不 如鐵基超微晶鐵心優(yōu)越。實(shí)施例5:本實(shí)用新型所述的EMC濾波器201設(shè)有差模電感器LI和共模電感器L2兩者串聯(lián)， EMC濾波器201輸入端并聯(lián)電容器Cl，EMC濾波器201輸出端并聯(lián)電容器C2。由于本發(fā)明 脈沖電源設(shè)有EMC濾波器201，脈沖變壓器205初級線圈的兩端設(shè)有脈沖限幅電路，脈沖發(fā) 生器204與脈沖變壓器205是按反激式逆變器設(shè)置，外接的等離子體反應(yīng)器1與市電隔離， 其外殼直接接地，電磁屏蔽、安全性能好。測試報(bào)告顯示本發(fā)明從0. 009—30MHz頻段范 圍內(nèi)，電磁兼容指標(biāo)符合國內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。實(shí)施例6 本實(shí)用新型所述的脈沖發(fā)生器204內(nèi)的振蕩器、誤差放大器、PWM比較器可以是制 成一個(gè)模塊，開關(guān)管外接；也可以選用開關(guān)電源控制集成電路ICl包括UC3842、SG6848D制 成。振蕩器、誤差放大器和PWM比較器和開關(guān)管是合用一塊單片集成電路的，可選用三端開 關(guān)電源ICl包括T0P225或T0P224制成，也可以是用性能更好的單片五端開關(guān)電源ICl包括 MC33374制成。本發(fā)明所述的電流檢測電路206內(nèi)設(shè)有光耦集成電路IC2的型號是PC817 或 P721。本實(shí)用新型等離子體反應(yīng)器內(nèi)的催化凈化原理是以高能電子與氣體分子碰撞反 應(yīng)為基礎(chǔ)。其催化凈化機(jī)理包括兩個(gè)步驟一是在產(chǎn)生等離子體的過程中，高頻放電產(chǎn)生 瞬間高能量，打開某些有害氣體分子的化學(xué)鍵，使其分解成單質(zhì)原子或無害分子。二是等離 子體中包含大量的高能電子、離子、激發(fā)態(tài)粒子和具有強(qiáng)氧化性的自由基，這些活性粒子的 平均能量高于氣體分子的鍵能，它們和有害氣體分子發(fā)生頻繁的碰撞，打開氣體分子的化 學(xué)鍵，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的·0Η，-HO2, ·0等自由基和氧化性極強(qiáng)的O3，它們與有害氣體分 子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成無害產(chǎn)物?；钚宰杂苫?OH的氧化電位(2. 8eV)比臭氧的氧化電位 (2. 07eV)還高出35%，·0Η自由基與有機(jī)物的反應(yīng)速度高出幾個(gè)數(shù)量級。本發(fā)明將污染空 氣中的有害物質(zhì)氧化為二氧化碳和水或礦物質(zhì)作用機(jī)理分析如下H2S+ · OH — HS+H20HS+02+ · OH+ · 0 — S03+H20NH3+ · OH — ΝΗ2+Η20ΝΗ2+02+ · 0 — NO2+H2O實(shí)測表明，污染空氣中的大部分有害物質(zhì)能在很短的間內(nèi)被氧化分解，降解率在 95%以上。總的來說，本實(shí)用新型的電暈放電作用下有機(jī)物的降解是一個(gè)復(fù)雜的等離子體化 學(xué)反應(yīng)過程，由于自由基存在的時(shí)間極短，反應(yīng)速度也相當(dāng)快，要具體確定某一個(gè)反應(yīng)過程 是十分困難的。雖然目前已有大量低溫等離子體降解污染物機(jī)理的研究，但還未形成能指 導(dǎo)實(shí)踐的理論體系，因而深入研究低溫等離子體降解污染物的機(jī)理是應(yīng)用研究方向之一。本實(shí)用新型空氣中污染顆粒物凈化原理是利用等離子體反應(yīng)器正電極在高壓脈
11沖電源的驅(qū)動(dòng)下作電暈放電，產(chǎn)生低溫等離子體，其中包含的大量電子和正負(fù)離子在電場 梯度的作用下，與空氣中的微粒發(fā)生非彈性碰撞，從而附著在上面，使之成為荷電粒子。在 外加電場力作用下，荷電粒子向反應(yīng)器負(fù)電極板遷移，最終沉積在負(fù)電極板上。其處理過程 分為三個(gè)階段①e+M (氣體分子)一IT ；②+PM(微粒)一(PMM)；③(P匪)_ — PMM (沉積在集塵極上)。靜電集塵是一個(gè)物理過程，在這個(gè)過程中，對懸浮在空氣中直徑小于100 μ m的總 懸浮顆粒(TSP)和直徑小于10 μ m的可吸入顆粒(PMltl)產(chǎn)生清除效果達(dá)95%以上。本實(shí)用新型再加上二氧化鈦(TiO2)光催化在等離子體反應(yīng)器發(fā)出的紫外光線作 用下，光源的能量激發(fā)TiO2周圍的氣體分子產(chǎn)生活性極強(qiáng)的自由基。這些氧化能力極強(qiáng)的 自由基幾乎可以分解絕大部分有機(jī)物質(zhì)與部分無機(jī)物質(zhì)，達(dá)到殺菌，除臭，空氣凈化加倍的 效果。這就是本發(fā)明創(chuàng)造的等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器。本實(shí)用新型使用范圍是工廠潔凈室食品廠、電子、光學(xué)、精密儀器、車間生物制藥 研究室、實(shí)驗(yàn)室及醫(yī)院手術(shù)室、隔離病房等潔凈度要求較高的場所；也可用于辦公大樓、會(huì) 議室、影劇院、火車、汽車、地鐵、艦船等公共場所的空氣消毒凈化。配合空調(diào)器，使用范圍更 以上公開了發(fā)明人設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的事實(shí)及本發(fā)明的最佳方式，但本實(shí)用新型的實(shí)踐 不限于此。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對本實(shí)用新型的特征進(jìn)行各種添加、修改或重置而不 偏離基本發(fā)明構(gòu)思的精神范圍。說明書參照附圖的實(shí)施例對本實(shí)用新型作了進(jìn)一步說明， 并非對本實(shí)用新型的限定。在本實(shí)用新型的技術(shù)理念范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以按上述 揭示的實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的負(fù)電極板敷設(shè)TiO2、等離子體反應(yīng)器內(nèi)的阻止微放電技術(shù)及其脈 沖電源內(nèi)容作出包括材質(zhì)在內(nèi)的各種方式簡單變形或等同替代，均屬于本實(shí)用新型技術(shù)方 案的范圍內(nèi)。不言而喻，都屬于本實(shí)用新型的技術(shù)理念范圍內(nèi)的，并不會(huì)偏離本實(shí)用新型的 精神或者超越權(quán)利要求書定義的范圍。
權(quán)利要求等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器，包括等離子體反應(yīng)器(1)、脈沖電源(2)、風(fēng)機(jī)組件(3)、進(jìn)風(fēng)口(5)、出風(fēng)口(6)和外殼(8)，進(jìn)風(fēng)口(5)設(shè)有初效空氣過濾器(401)和中效空氣過濾器(402)，出風(fēng)口(6)設(shè)有初效空氣過濾器(401)，等離子體反應(yīng)器(1)和風(fēng)機(jī)組件(3)設(shè)置在氣流之中，其特征在于所述的等離子體反應(yīng)器(1)內(nèi)設(shè)有若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶在同一平面內(nèi)按等距離平行排列制成的正電極(101)，正電極(101)置于相鄰兩個(gè)負(fù)電極(102)中間部位；正電極(101)的兩端是固定在阻止微放電導(dǎo)電軌(103)上對應(yīng)的凹槽或凸部中，阻止微放電導(dǎo)電軌(103)是由鋁棒或不銹鋼條制成，阻止微放電導(dǎo)電軌(103)的兩端再與正交設(shè)置在反應(yīng)器四周的四根正電極金屬支架(104)固定，并作電連通；每根正電極金屬支架(104)的上、下兩端各設(shè)一個(gè)絕緣連接物(105)與反應(yīng)器外殼(108)相對應(yīng)的安裝孔固定；所述的負(fù)電極(102)的上、下兩端是直接固定在金屬制成的反應(yīng)器外殼(108)上，并作電連通；所述的負(fù)電極(102)是表面氧化處理的鋁板制成，負(fù)電極(102)的兩面敷設(shè)納米級TiO2；所述的脈沖電源(2)是單獨(dú)安裝在另一殼體內(nèi)，脈沖電源(2)內(nèi)設(shè)有EMC濾波器(201)、整流電路(202)、濾波電路(203)、脈沖發(fā)生器(204)、脈沖變壓器(205)依次序作電連接，脈沖變壓器(205)的輸出端外接等離子體反應(yīng)器(1)；所述的脈沖變壓器(205)輸出低電位端設(shè)有電流檢測電路(206)，將檢測到的脈沖變壓器(205)輸出電流信號送入脈沖發(fā)生器(204)輸入端，脈沖發(fā)生器(204)內(nèi)設(shè)有的振蕩器、誤差放大器、PWM比較器及開關(guān)管，脈沖變壓器(205)與脈沖發(fā)生器(204)內(nèi)的開關(guān)管是單端反激式逆變器設(shè)置的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器，其特征在 于所述的等離子體反應(yīng)器(1)與風(fēng)機(jī)組件(3)之間還可以設(shè)有二氧化鈦催化板(403)，二氧 化鈦催化板(403)由表面氧化鋁板制成，鋁板上設(shè)有均勻密布小圓孔作氣流通道，鋁板緊 靠等離子體反應(yīng)器(1)的平面上敷設(shè)納米級TiO2 ；所述的納米級TiO2是帶隙能3. 2eV的銳 鈦礦型催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器，其特征 在于所述的正電極(101)的鎳鉻金屬絲直徑是0.15——0.20mm，或鎳鉻金屬帶寬度是 1. 0-2mm,厚度是 0. 08-0. 10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器，其特征在 于風(fēng)機(jī)組件(3)中設(shè)有鋸齒狀邊緣風(fēng)葉的低噪聲風(fēng)機(jī)，鋸齒高度是4——8mm，齒間距離為 5-IOmm0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器，其特征在 于所述的脈沖變壓器(205)設(shè)有一個(gè)多槽絕緣線圈骨架(212)，次級線圈(215)是分三段至 五段繞制在多槽絕緣線圈骨架(212)相對應(yīng)的凹槽內(nèi)串聯(lián)而成；所述的初級線圈(214)和 次級線圈(215)的內(nèi)孔中設(shè)有磁芯(216)作電磁耦合，磁芯(216)的磁回路中設(shè)有磁氣隙 (218)；所述的磁芯(216)設(shè)計(jì)用鐵基超微晶鐵心。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器，其特征 在于所述的EMC濾波器(201)設(shè)有差模電感器LI和共模電感器L2兩者串聯(lián)，EMC濾波器 (201)輸入端并聯(lián)電容器Cl，EMC濾波器(201)輸出端并聯(lián)電容器C2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器，其特征在 于所述的脈沖發(fā)生器(204)內(nèi)的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器是制成一個(gè)模塊，選用開關(guān)電源控制集成電路ICl包括UC3842、SG6848D制成；或數(shù)字控制電路(204)和脈沖發(fā)生器 (205)是合用一塊單片集成電路的，三端開關(guān)電源ICl包括T0P225或T0P224制成，是用單 片五端開關(guān)電源ICl包括MC33374制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器，其特征在 于所述的電流檢測電路(206)內(nèi)設(shè)有光耦集成電路IC2的型號是PC817或P721。
專利摘要本實(shí)用新型等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的空氣消毒凈化器屬于空氣消毒凈化技術(shù)領(lǐng)域。它包括等離子體反應(yīng)器、脈沖電源、風(fēng)機(jī)組件、進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口和外殼。進(jìn)、出風(fēng)口設(shè)有空氣過濾器，等離子體反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶在同一平面內(nèi)按等距離平行排列制成的正電極。正電極的兩端是固定在阻止微放電導(dǎo)電軌上對應(yīng)的凹槽或凸部中。負(fù)電極的兩面敷設(shè)納米級TiO2。脈沖電源內(nèi)設(shè)有EMC濾波器、整流電路、濾波電路、脈沖發(fā)生器、脈沖變壓器。脈沖變壓器與脈沖發(fā)生器內(nèi)的開關(guān)管是單端反激式逆變器設(shè)置的。將等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合，是優(yōu)勢互補(bǔ)，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合?？諝庀緝艋矢?、節(jié)能、可靠性好、工作壽命長；而且結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。
文檔編號A61L9/22GK201643058SQ20092021568
公開日2010年11月24日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者周云正 申請人:周云正