專利名稱：設有金屬帶——板結構反應器的凈化器的制作方法
技術領域：
本發明屬于空氣消毒凈化技術領域，具體涉及設有金屬帶--板結構反應器的凈
ο
背景技術：
隨著文明的進展，經濟的發展，人類賴以生存的地球大氣層污染被加劇，城市空氣 污染在惡化，尤其是室內空氣污染更甚。據室內環境專家的調查報告人們平均90%時間 生活在室內，其中至少65%的時間在家里渡過。它嚴重威脅著國人的健康。尤其是兒童、 孕婦和老人受室內空氣污染毒害最深；特別是兒童，因為其呼吸量按體重比例高于成人的 50 %，最容易誘發兒童呼吸道感染及血液性疾病，免疫力降低。空氣污染主要是軍團菌、葡萄球菌及支原體之類細菌及其病毒；各種類型的揮 發性有機化合物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 別強調的是近幾年來SARS、禽流感及各種流行性感冒病毒大規模傳染爆發時有發生。尤其 是當前的甲型Hmi流感已經造成全球上萬人死亡。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粒徑< 5 μ m浮游微粒上，隨空氣流動而擴散，被感染者因吸 入這種空氣而致病。為此，市場推出的有過濾吸附型、電子靜電吸附型、臭氧消毒型、紫外線 消毒型、光催化空氣消毒凈化等幾種以應對。過濾吸附型是目前極大多數潔凈室選用的空氣消毒凈化單元，常見的有高效空氣 過濾器、FFU。它利用物體表面間存在的范德華力，吸附空氣中的懸浮顆粒污染物凈化空氣。 它只能濾除灰塵，不能徹底消毒；過濾阻力隨塵埃顆粒物的增多而增大，容塵量減少，凈化 效率隨之下降。如果不及時清理或更換，會造成二次污染；它的空氣阻力大、能耗也大；驅 動風機噪音當然也大。電子靜電吸附型通過電極的靜電放電，借助庫侖力的作用，將顆粒物 從氣流中分離出來，達到凈化空氣目的。它清除粉塵有效，但殺菌效果差，也不能去除甲醛 等有害氣體。臭氧消毒型是利用臭氧的不穩定特性和強氧化作用殺菌消毒的。臭氧是一種 強氧化劑，不宜在有易燃、易爆氣體直接接觸的場所，也不能集塵。臭氧一旦泄漏，對人體呼 吸道造成傷害。紫外線消毒型采用波長253. 7nm的紫外線殺滅細菌、病毒等微生物。它清 除粉塵無效；紫外線屬于不可見光，容易泄漏，對人體眼睛、皮膚會造成傷害。光催化凈化是 光催化劑TiO2在387. 5nm波長的紫外光線的照射下，使空氣分子產生具有強氧化能力的空 穴，即表面羥基化，可以直接殺滅細菌，分解有機物為CO2和H2O等無毒無害無機物。其缺點 是光催化反應是受光照強度、空氣流量的制約，TiO2自身的失活現象是光催化凈化效率降 低的根本原因；它需要另設紫外線燈及鎮流器，能耗大，工作壽命短。而且光照的紫外線容 易泄漏，同樣存在對人體皮膚、眼睛的傷害問題。鑒于上述潔凈室的凈化單元單個凈化的局限性，所以有的選用兩個或兩個以上單 元組合而成，以彌補其不足。這就使空氣消毒凈化單元結構復雜、體積增大、造價高，使用也 不方便。相比較而言，等離子體空氣消毒凈化器單個凈化就不存在此類局限性；然而，幾年 前有些廠家躍躍欲試，現在大都被靜電吸附型取代。
經過調查分析目前多數廠家用于空氣消毒的等離子體反應器放電正極不敢再用 金屬絲，是因為往往工作不到三、四個月就斷絲，無可奈何改用鋸齒狀及針尖狀放電正極， 被迫接受產生的等離子體濃度低，所產生的臭氧、氮氧化物等副作用也多的事實，所以它只 能用于電子靜電吸附型是可想而知的。現有的空氣消毒凈化器用的非熱等離子體反應器是由正電極、負電極板、絕緣支 架和外殼組成。正電極的結構主要有金屬絲、鋸齒狀或尖針狀幾種。對于室內空氣都處于常溫、常壓狀態下，選用耐氧化細金屬絲、鋸齒狀或尖針狀結 構作為放電正電極，選用耐氧化金屬板作為負電極，這類極不對稱放電極的反應器作電暈 放電產生非熱等離子體進行空氣消毒凈化時，細金屬絲電暈放電均勻，產生非熱等離子體 濃度高，理應是一種優先。但是，細金屬絲結構作為放電正電極的等離子體反應器進行空氣 消毒凈化，市場上以前出現過，現在的近三年卻是銷聲匿跡，被鋸齒狀或尖針狀結構作為放 電正電極的反應器所取代。現有的過濾吸附、高壓靜電、臭氧、紫外線及TiO2光催化等空氣 消毒凈化器在殺菌消毒、分解有毒有機化合物及過濾可吸入顆粒物三方面都各有優缺點， 消毒凈化空氣均不完善，卻仍在各大醫院、辦公大樓、商場、公共娛樂場所被廣泛采用。究其原因是目前非熱等離子體反應器設計不合理構成非熱等離子體反應器的放 電正電極選用細金屬絲所產生等離子體濃度雖然高，但是容易被燒斷。為此，放電正電極大 多選用不銹鋼制成鋸齒狀或尖針狀結構。雖然鋸齒狀或尖針狀不容易被燒斷，但是它們處 于的尖端放電形成放電流注，在暗室中可以看到正電極與負電極之間有一條Φ0. 2mm左右 的紫藍光細線一這是空氣中放電不均勻現象。在紫藍光線附近等離子體濃度高，空氣中的 氧氣和氮氣容易被激活，生成臭氧及氮氧化物等不利因素；而離開紫藍光線稍遠處的等離 子體濃度低，空氣消毒凈化效果就差。這類反應器的消毒效果受臭氧及氮氧化物濃度的制 約，這也是目前專業技術人員感到最棘手的難題。還有一個嚴重缺陷是工作不到幾個月，鋸 齒狀或尖針狀放電尖端因濺射效應而變鈍。由于正電極的曲率半徑越大，起暈電壓越高，放 電電流隨之減小，空氣消毒凈化效率當然會降低。這種衰退現象潛移默化，等離子體濃度降 低不容易被使用者發現。反應器雖然還在工作，卻形同虛設。這在醫院手術室、重癥病房中 應用就會因消毒不合格而發生細菌病毒感染事故，導致手術治療的失敗。例如中國發明專利申請號為200710038821. 4，發明名稱《拼裝積木式窄間距靜 電場裝置》說明書首頁就提出“細線容易斷線的缺陷極大地影響了裝置的可靠性。”在該 發明的技術方案中提出一種拼裝積木式窄間距靜電場裝置，包括放電極(放電極即為正 極)、收塵極(收電極即為負極)和絕緣子，放電極與收塵極間隔平行排列，放電極兩端連接 放電極連接件，放電極的下部為鋸齒狀，放電極的上部為管狀，鋸齒狀放電極與收塵極形成 收塵區，收塵極兩端連接收塵極連接件，放電極連接件和收塵極連接件分別連接在絕緣子 上。該技術方案中的靜電場裝置工作壽命雖然長，由于鋸齒狀放電極是導致放電不均 勻，放電尖端周圍空氣中的氧氣被激活產生臭氧在所難免；再是尖刺放電的“衰退現象”終 生存在。就是因為“斷絲”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。再如中國發明專利申請號為200610024299. X，發明名稱《電離型氣體凈化裝置》 權利要求書中載明一種電離型氣體凈化裝置由若干個相同長度的陰極和陽極兩端分別固 定于絕緣板上組成，構成矩型電場；這里的陽極按行列形式排列，兩端分別垂直地固定于兩塊絕緣板上；陽極采用耐腐蝕韌性強的金屬絲，直徑為0. 05 0. 2mm,陰極采用銅質或不銹 鋼的管子，直徑8 30cm。上述發明的電離型氣體凈化裝置的陽極是采用耐腐蝕韌性強的金屬絲，所產生的 等離子體濃度高；但是陽極兩端分別垂直地固定于兩塊絕緣板上，由于陽極與絕緣板之間 存在的微放電效應，使陽極金屬絲僅僅工作幾個月就被燒斷，事實上此方案沒有實用價值。現有技術中等離子體反應器的正電極選用細金屬絲容易被燒斷的根本原 因一微放電效應沒有被發現，對其物理上的原因也不明確，因而也就找不出解決阻止微放 電效應的技術方案。凡是正在實施等離子體反應器放電正電極選用鋸齒狀或尖針狀結構的 空氣消毒凈化器的生產廠家，以前多數做過金屬絲作為正電極的等離子體反應器；而現在 又被空氣消毒凈化效果與臭氧及氮氧化物濃度超標這一對矛盾所困擾。也就是說，消毒試 驗勉強合格，而臭氧味已經很濃了，要想符合GB/T18883-2002《室內空氣質量標準》中關于 空氣臭氧量彡0. 16mg/m3的規定是困難的。更有甚者，干脆連等離子體反應器也摒棄掉，改成尖針狀、鋸齒狀電極作電子靜電 吸附型凈化器，它只能吸附塵埃，分解有毒有機物能力是不及等離子體反應器。寧可犧牲消 毒凈化效果，以換取消毒凈化器的可靠性和工作壽命；摒棄細金屬絲正電極而選用鋸齒狀 或針尖狀放電極作反應器的方案是一種技術偏見。為此推出了光催化和靜電集塵相結合技術方案。例如申請日2008. 4. 22，申請號 為200810060790. 7，發明名稱《一種長效凈化室內空氣復合污染的裝置》的獨立權項是 這樣描述的一種長效凈化室內空氣復合污染的裝置，包括外殼，其特征在于所述的外殼 內設有風機、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；外殼前部下端設有進氣口，后部下端設有出氣口，殼體內靠近出 氣口設置風機；殼體內靠近進氣口設有高壓靜電放電極，與高壓靜電放電極平行設有一集 塵板；集塵板后設置若干組光催化板，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；光催化板間設有紫外線；殼體后部風機前設有免再生活性炭纖維層；裝置底 部依次設灰塵收集器、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，高壓電源負極與高壓靜電放電極相連。該發明的優點是光催化和靜電集塵互補，但設置了紫外光源，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60m3的室內符合國 家衛生部關于公共場所空氣凈化標準，功率至少需要160W。再說靜電集塵的滅菌和分解有 機物效果不及等離子體空氣凈化器。
發明內容
本發明是為了解決等離子體與二氧化鈦光催化技術作為新型空氣消毒凈化的課 題而完成的，更是為了解決現有技術的不足及偏見而提供一種電暈放電均勻、產生等離子 體和自由基強度高，能高效殺滅細菌、病毒，降解揮發性有機化合物、可靠性好、工作壽命長 的設有金屬帶一板結構反應器的凈化器。試驗表明鋸齒狀或針尖狀正電極反應器是在頂尖處作電暈放電的；而金屬帶是 沿著帶的四周作電暈放電的。在同等條件下產生的等離子體的均勻性及濃度是明顯的比鋸 齒狀或針尖狀的優越。
要想實現上述目的，關鍵要找出“等離子體反應器正電極選用細金屬絲容易被燒 斷的根本原因”。經過調查分析目前多數技術人員為了解決等離子體反應器正、負電極之 間上萬伏特高電壓的絕緣問題，選用塑料、有機玻璃、環氧樹脂等絕緣材料作支架固定。也 有少數的在絕緣支架與金屬絲電極之間加了細彈簧。研究表明介電常數高的絕緣材料對 隔離高電位的正、負極有好處，致命弱點是產生微放電現象。是正電極周圍形成的強電場， 在等離子體的催化作用下導致正電極金屬絲與絕緣材料接觸區域局部產生微放電。介電常 數越高的材料，其表面微放電現象愈不可避免。這種微放電現象產生的高能電子對絕緣材 料和金屬導電材料分子的電離和離解起到直接作用，分解產物為它們的氧化物及水一這 就是等離子體反應器的放電正電極選用細金屬絲容易被燒斷的根源所在。細金屬絲結構作 為放電正電極的等離子體反應器，近三年來卻是銷聲匿跡是不難理解的。發明人選用同一規格高壓脈沖電源，專對絲狀、帶狀、鋸齒狀及針尖狀放電正極制 成的等離子體反應器在密封室內同時連續通電作對比試驗，日夜檢測。工作僅兩個星期，鋸 齒狀及針尖狀反應器工作電流已明顯下降；絲狀反應器工作六個星期出現斷絲；帶狀相對 比較穩定。但是，所有反應器底部都流滿了深黑色粘液。正、負電極之間的絕緣物表面均有 黃黑色的爬電痕跡，此區的不銹鋼正電極表面也出現被腐蝕的跡象。在絕緣支架與金屬絲 正電極之間加了細彈簧的反應器所發生的現象也相仿，細彈簧的比金屬絲斷裂時間僅延遲 了兩、三個月左右。這是因為彈簧不允許太粗，否則金屬絲容易被拉斷或彈簧不起作用。此 彈簧即使是不銹鋼制成也難逃因微放電被電蝕的厄運。在上述老化實驗中，這種等離子體與金屬、絕緣物表面的相互作用產生微放電的 影響，首先使小部分等離子體由于微放電造成污染，減少了等離子體濃度，使反應器工作效 率降低；同時也對反應器的結構造成破壞，縮短了使用壽命。研究這種微放電機理在等離子 體反應器中的作用，提出切實可行的技術改進新方案是本發明創造的精髓。再一個是高壓電源對于呈容性負載的等離子體反應器匹配問題。試驗表明在大 氣壓下要想使反應器作電暈放電產生高濃度等離子體以提高其殺菌消毒凈化效率應具備 兩個條件。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， 獲得動能，使質量很小的電子溫度高達一萬度以上，而其它粒子獲得極低能量。另一個條件 是外加電場對電子施加能量的時間(uS級)要遠小于不給電子施加能量的時間，使氣體獲 得的能量能夠及時傳導出去，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，上升時間達到至少是120nS的 高頻窄脈沖電流。同時考慮到等離子體反應器一般相當于幾百至上千uuF的電容量，正、負 電極長期工作又難免被意外短路一所有這些對于等離子體電源的安全性、穩定性要求之 苛刻是可想而知的。鑒于目前半導體功率開關器件的導通和關斷時間是uS級，采用常規的 設計方法例如半橋逆變、多諧振蕩、間歇振蕩或倍壓整流是很難滿足上述兩個條件的。nS 級的耐高壓大功率開關器件價格昂貴，而且工作壽命短，設計在民用產品上是不切實際的。上述兩個關鍵點正是業內人士最為關注的，集中研究的焦點；也是等離子體空氣 消毒凈化器開發的技術瓶頸口。為了達到上述目的，本發明所設計的設有金屬帶一板結構反應器的凈化器，包括 等離子體反應器、脈沖電源、風機組件、控制器、進風口、出風口和外殼，進風口和出風口各 設有空氣過濾器，等離子體反應器和風機組件設置在氣流之中，控制器的兩個輸出端分別與脈沖電源、風機組件的電源控制端電連接。所述的等離子體反應器內設有正電極和負電 極，正電極是由若干條耐氧化的金屬帶設在同一平面內按等距離平行排列制成一個組件， 共計η組(η為50以內整數)；負電極是表面氧化處理的鋁板制成，兩面敷設納米級TiO2, 共計η+1塊。根據反應器功率要求還設有若干條由鋁棒或不銹鋼條制成的阻止微放電導電 軌，阻止微放電導電軌上設有等距離排列的凸部，所述的正電極的兩端是分別固定在相對 應導電軌上的凸部頂端。阻止微放電導電軌的兩端各設置一個導電軌絕緣支架固定在所述 的外殼相對應安裝孔中；若干條阻止微放電導電軌用耐氧化導線作電連通。所述的脈沖電源內設有EMC濾波器、整流電路、濾波電路、脈沖發生器、脈沖變壓 器依次序作電連接，脈沖變壓器的高壓輸出端正極接等離子體反應器的正電極，高壓輸出 端負極與等離子體反應器的負電極連通接地。所述的脈沖發生器內設有的振蕩器、誤差放 大器、PWM比較器及開關管，脈沖變壓器與脈沖發生器內的開關管是單端反激式逆變器設置 的。優先地所述的阻止微放電導電軌的凸部是上下對稱兩個設為一組，每根阻止微放 電導電軌的凸部設η組，凸部頂端設置向外側彎頭；正電極兩端設有不銹鋼連接框，不銹鋼 連接框中間沖成方孔，所述的凸部頂端彎頭套入不銹鋼連接框方孔內；凸部是厚度0.3 Imm的不銹鋼彈性片。優先地所述的負電極靠外殼邊的上、下兩端各設一個凸出的負電極固定梢，外殼 對應處開凹槽對接緊固；負電極的兩面敷設納米級TiO2是帶隙能3. 2eV的銳鈦礦型催化 劑。優先地所述的脈沖變壓器設有一個多槽絕緣線圈骨架，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的凹槽內串聯而成。初級線圈和次級線圈的內孔中設有磁 芯作電磁耦合，磁芯的磁回路中設有磁氣隙；所述的磁芯最佳設計用鐵基超微晶鐵心，也可 以設置鐵氧體磁心。優先地所述的每組上下對稱的兩個凸部彎頭處是按同極性屏蔽效應距離設計的， 相鄰兩根正電極的金屬帶之間距離范圍是按16 26mm排列；所述的正電極與負電極之間 的放電距離設計范圍是8 18mm。優先地所述的正電極是由若干條鎳鉻金屬帶設在同一平面內，相鄰兩根正電極最 佳值按22mm等距離排列制成一個組件；正電極與負電極之間的最佳放電距離是12mm。優先地所述的脈沖發生器內的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器及開關管是制成 一個模塊；也可以選用開關電源控制集成電路ICI包括開關管是合用一塊單片集成電路 T0P225或T0P224制成，或是性能更好的單片五端開關電源ICl包括MC33374制成。優先地所述的正電極的鎳鉻金屬帶的牌號為Cr20Ni80的高電阻電熱合金，也可 以是鐵鉻鋁材料的牌號為0Cr27A17Mo2的高電阻電熱合金；或所述的正電極是Ti3Al為基 的鈦合金材料制成。本發明與現有技術相比具有以下的有益效果一種設有金屬帶一板結構反應器的凈化器，它所產生的等離子體與二氧化鈦光 催化的自由基作為新型空氣消毒凈化因子，是強強聯合的新課題，它們均能高效殺滅細菌， 降解揮發性有機化合物VOCs，也可以抑制甲型Hmi流感的空氣傳播途徑。尤其是等離子體 空氣消毒凈化器內含高壓脈沖靜電場，還能吸附粒徑小至O. 01 μ m顆粒物。
一種設有金屬帶一板結構反應器的凈化器，所述的正電極是由若干條耐氧化的 金屬帶制成，負電極是鋁板制成，還設有若干條由鋁棒或不銹鋼條制成的阻止微放電導電 軌，正電極的兩端是分別固定在相對應的兩根阻止微放電導電軌的凸部頂端，阻止微放電 導電軌的兩端設置導電軌絕緣支架固定在所述的外殼相對應安裝孔中。所以與現有技術相 比，其微放電效應被阻止，使每根耐氧化的金屬帶在直流強電場中作穩定的電暈放電，獲得 高強度等離子體。克服了 “細線容易斷線的缺陷”，糾正了 “寧可犧牲消毒凈化效果，摒棄細 金屬絲的正電極而選用鋸齒狀或針尖狀放電極以換取消毒凈化器的可靠性和工作壽命的 技術偏見。”再是外接直流電源的負極導線連接反應器金屬外殼通地線，既安全、又兼備電 磁屏蔽作用，符合電磁兼容要求。根據上述結構設計，本發明的金屬外殼左右兩邊與負電極平衡部分同時兼有負電 極作用，省略兩片負電極板，使等離子體反應器的整體結構更緊湊，簡單。開發本發明重點 關注的是正電極的金屬帶在反應器中作電暈放電時，引起濺射導致電極損耗后，金屬帶損 耗處因缺損后距離負電極板拉遠，放電電流自然減小；反之金屬帶損耗較少部位放電電流 自動增大。這樣，正電極損耗處于自我調節狀態，進一步延長其工作壽命，獲得意想不到的 效果。本發明所設計的脈沖電源中的脈沖發生器與脈沖變壓器是按反激式逆變器設置， 獲得高頻窄脈沖驅動電流，在呈容性的等離子體反應器工作中不會出現打火之類故障。必 須說明的是，脈沖發生器與脈沖變壓器按反激式逆變器設置，它除了完成升壓任務，還使與 之連接的等離子體反應器與市電隔離，反應器的負電極和外殼可以直接安全接地，電磁屏 蔽性能更好。同時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生器 在關斷時使存儲在脈沖變壓器初級繞組內的磁能瞬間釋放，獲得輸出18KVP_P，工作頻率 40KHZ，脈沖寬度4μ S，上升時間70nS的窄脈沖高壓電暈放電電流；再是當等離子體反應器 意外短路，由于反激式脈沖變壓器的隔離作用，即脈沖發生器關閉時脈沖變壓器的次級才 導通輸出，因而脈沖電源的半導體開關管工作是安全的，保護電路只作輔助用。此設計可靠 性高，開關管可以選用耐壓600V的普通功率半導體管。特別強調的是等離子體反應器負電極表面氧化處理的鋁板制成，上面層面容易敷 設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 等離子體反應器作電暈放電時，反應區發出的藍光含有紫外線，波長為300--400nm，光強峰 值位于357nm。而TiO2的禁帶寬度是3. 2eV,對應紫外線波長閾值是387. 5nm。實驗表明 TiO2作空氣消毒凈化時，催化光源波長最好是< 387. 5nm，反應區發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。本發明的消毒因子是低溫等離子體加激發TiO2所產生的自由基。本發明提供的是一種窄脈沖高壓電場配合容性負載的設有金屬帶一板結構反應 器的凈化器，電暈放電均勻、產生等離子體和自由基強度高，可靠性好、工作壽命長、整體結 構牢固，而且絕緣性能良好，安裝工藝簡單。完成了上述的課題，也解決了現有技術的不足 及偏見。本發明的高壓脈沖電源輸出端的正極與等離子體反應器的正電極作電連通，高壓電源輸出端的負極與等離子體反應器的負電極(外殼)作電連通；將等離子體反應器及風 機系統設置在進風口和出風口之間。在控制器內設有時間控制程序，把室內空氣在等離子 體反應器內循環8-10次就可以達到空氣消毒凈化目的。根據試驗報告，本發明具有廣譜 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。同時具有吸附可吸入顆粒物、去血腥、去異味、降解甲醛、煙霧和 TVOC等有機廢氣的功能。報告載明，在IOOm3室內工作30min，經檢測白色、金黃色葡萄球 菌的殺滅率為99. 9% ；菌落總數200cfu/m3 ；異味去除率彡96% ；懸浮粒子數350 個/1(Φ ^ 0. 5 μ m)；甲醛去除率達99.8% ；空氣中留存臭氧量彡0.02mg/m3。節能是顯而 易見的100m3室內達到國家衛生部關于醫院II類環境空氣消毒標準，本發明制成的空氣 消毒凈化器的消耗功率為7-8W，而達到同樣效果的紫外線及臭氧的能耗至少為160W。
可見，本發明對于所屬技術領域的技術人員是非顯而易見的，并能夠產生預想不 到的技術效果。
圖1是本發明設有金屬帶一板結構反應器的凈化器立體結構圖2是本發明的等離子體反應器半剖面的立體結構圖3是本發明的阻止微放電導電軌結構示意圖4是本發明的脈沖電源電原理圖5是本發明的脈沖變壓器結構示意圖6是本發明的脈沖變壓器電路圖7是本發明脈沖變壓器輸出高壓放電電流波形圖。
主要部件附圖標記說明
1-等離子體反應器2_脈沖電源3-風機組件
4-控制器5-進風口6-出風口
8-外殼9-空氣過濾器
101-正電極102-負電極103-阻止微放電導電軌
105-導電軌絕緣支架108-反應器外殼109-凸部
110-不銹鋼連接框111-負電極固定梢
201-EMC濾波器202-整流電路203-濾波電路
204-脈沖發生器205-脈沖變壓器206-電流檢測電路
211-初級絕緣線圈骨架212-多槽絕緣線圈骨213-高壓導線
214-初級線圈215-次級線圈216-磁芯
217-高壓快恢復二極管218-磁氣隙219-電源連接器
具體實施例方式下面參照附圖對本發明的實施例作進一步的詳細描述。實施例1 圖1是本發明設有金屬帶一板結構反應器的凈化器立體結構圖；圖2是本發明的 等離子體反應器半剖面的立體結構圖；圖3是本發明的阻止微放電導電軌結構示意圖。本發明是設有金屬帶一板結構反應器的凈化器，包括等離子體反應器1、脈沖電源2、風機組 件3、控制器4、進風口 5、出風口 6和外殼8，進風口 5和出風口 6各設有空氣過濾器9，等離 子體反應器1和風機組件3設置在氣流之中，風機組件3的風口與擋風板303氣密安裝。控 制器4的兩個輸出端分別與脈沖電源2、風機組件3的電源控制端電連接。正電極101是由 若干條耐氧化的金屬帶設在同一平面內按等距離平行排列制成一個組件，共計η組(η為50 以內整數)。負電極102是表面氧化處理的鋁板制成，負電極102的兩面敷設納米級TiO2, 共計η+1塊。根據反應器功率要求還設有若干條由鋁棒或不銹鋼條制成的阻止微放電導電 軌103，阻止微放電導電軌103上設有等距離排列的凸部109。正電極101的兩端是分別固 定在相對應導電軌上的凸部109頂端，阻止微放電導電軌103的兩端各設置一個導電軌絕 緣支架105固定在所述的反應器外殼108相對應安裝孔中。若干條阻止微放電導電軌103 用耐氧化導線作電連通。圖4是本發明的脈沖電源電原理圖；圖5是本發明的脈沖變壓器結構示意圖；圖6 是本發明的脈沖變壓器電路圖。圖中所示脈沖電源2內設有EMC濾波器201、整流電路202、濾波電路203、脈沖 發生器204、脈沖變壓器205依次序作電連接，脈沖變壓器205的高壓輸出端正極接等離子 體反應器1的正電極101，高壓輸出端負極與等離子體反應器1的負電極102連通接地。脈 沖發生器204內設有的振蕩器、誤差放大器、PWM比較器及開關管，脈沖變壓器205與脈沖 發生器204內的開關管是單端反激式逆變器設置的。當用于轎車內的等離子體空氣消毒凈 化器，正電極101設1-2組滿足凈化要求；用于醫院手術室的一般設計20-30組符合消毒 凈化規范；對于半導體IC潔凈室要求高的設40-50組；再大安裝就困難，可以用多個反應 器拼裝。負電極102也可用鐵、銅等其它金屬板表面涂鎳、鉻或不銹鋼板替代，但是質價比 不如鋁板。若干條耐氧化的金屬帶的正電極101的電暈放電電場是沿著正電極101的徑 向四周分布均勻。在實施中選用同體積的上述不同結構正電極的反應器，正、負電極放電 距離也相同，包括電源配置等條件，耐氧化的金屬帶正電極101制成的反應器所產生的等 離子體濃度是鋸齒狀或針尖狀正電極的反應器的二倍以上，而且測定的臭氧指標只是鋸齒 狀或針尖狀的正電極反應器的四分之一，符合國家關于《室內空氣質量標準》中的臭氧量 (0. 16mg/m3 的規定。反應器外殼108可以是涂鋅、鎳等耐氧化層的鐵板，還可用鋁或不銹鋼板軋制而 成。必須說明的是本發明的反應器外殼108與負電極102平行的兩邊還兼任負電極功能， 不但結構精巧簡單，節省材料；而且整體牢固，性能穩定。二氧化鈦(TiO2)光催化凈化技術是高科技前沿凈化技術。光觸媒是利用光源做 催化反應促進有機物分解的光半導體物質，二氧化鈦在紫外光線作用下，光源的能量激發 TiO2周圍的氣體分子產生活性極強的自由基。這些氧化能力極強的自由基幾乎可以分解絕 大部分有機物質與部分無機物質，產生具有強氧化能力的空穴，其能量相當于15000K的高 溫；自由基還能破壞細菌的細胞膜，使細胞質流失，進而氧化細胞核，而殺死細菌。它可以直 接殺滅細菌和徹底分解有機物為CO2和H2O等無機無害小分子，達到殺菌，除臭，空氣凈化的 效果。目前常用的光觸媒是氧化能力極強的超微粒子化的二氧化鈦，檢測中心檢測結果表 明光觸媒對常見的細菌的殺滅率在99%以上。
本發明的光觸媒二氧化鈦(TiO2)光催化凈化技術，是依靠等離子體反應器本身產 生紫外線的照射催化作用，避免紫外線放電燈容易損壞及耗電大的弊端；特別是彌補了它 對顆粒污染物無所作為的缺陷，卻使殺滅細菌和分解有機物效果加倍。實施例2 本發明所述的阻止微放電導電軌103的凸部109是上下對稱的兩個設為一組，每 根阻止微放電導電軌103的凸部109設η組，凸部109頂端設置向外側彎頭；所述的正電極 101兩端設有不銹鋼連接框110，不銹鋼連接框110中間沖成方孔，方孔寬度按正電極101 和凸部109的彎頭設計配合。所述的凸部109頂端彎頭套入不銹鋼連接框110方孔內；凸 部109是厚度0. 3 Imm的不銹鋼彈性片。組裝時，把不銹鋼連接框110與正電極101兩 端依照所設計長度加工好，再把兩端的不銹鋼連接框110套入相應的阻止微放電導電軌的 凸部109彎頭，操作簡便，技術指標一致性好。實施例3 本發明所述的負電極102靠反應器外殼108邊的上、下兩端各設一個凸出的負電 極固定梢111，反應器外殼108對應處開凹槽對接緊固。負電極鋁板厚度設1 2. 0mm，表 面氧化處理，工作壽命長，外觀亮麗。或制成負電極102的不銹鋼板厚度0. 5 1. 5mm。實 施中用焊接技術，有翹邊現象出現。把負電極102彎邊擰鑼釘會出現裝配誤差，工藝上都不 如本優先實施例。所述的負電極102的兩面敷設納米級TiO2是帶隙能3. 2eV的銳鈦礦型 催化劑。本發明所述的正電極101是由耐氧化的高電阻電熱合金鎳鉻金屬帶制成，也可以 是鐵鉻鋁合金材料制成。正電極101的金屬帶寬度是0. 5 3mm，厚度是0. 05 0. 3mm,金 屬帶厚度是0. 05 0. 3mm的端面對準負電極102的平板面設置。厚度越薄，起暈電壓越低， 產生的等離子體濃度高；但是機械強度差。設計中取0.08 0.12mm效果佳。金屬帶正極 放電損耗時，其放電端面表面積保持不變，有效工作壽命可達8-12年。本實施例的另一種 技術方案是所述的正電極101是由鐵鉻鋁材料制成金屬帶，外形尺寸與上述方案相同，只 是成本略低，帶有磁性，性能稍差。實施例4 圖5中，本發明所述的脈沖變壓器205設有一個多槽絕緣線圈骨架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相對應的凹槽內串聯而成；所述的初級 線圈214和次級線圈215的內孔中設有磁芯216作電磁耦合，磁芯216的磁回路中設有磁 氣隙218 ；所述的磁芯216最佳設計用鐵基超微晶鐵心，也可以設置鐵氧體磁心。脈沖變壓器205輸出低電位端設有電流檢測電路206，將檢測到的脈沖變壓器205 輸出電流信號送入脈沖發生器204輸入端，脈沖發生器204內設有的振蕩器、誤差放大器、 PWM比較器及開關管。振蕩器、誤差放大器、PWM比較器及開關管是設置在一個模塊內的，也 可以集成在集成電路ICl內，ICl內的開關管D極接脈沖變壓器205初級繞組al端，S極接 整流電路202負輸出端，控制極C與電流檢測電路206內所設的光耦電路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 向設置的。脈沖變壓器205與集成電路ICl內的開關管是單端反激式逆變器設置的。光耦IC2的輸入端1腳接地，光耦IC2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IC2輸出端3腳接整流電路202的負輸出端，光耦IC2的4腳是輸出端。取樣電阻R2并聯在光耦IC2的輸入端。流經取樣電阻R2上是脈沖變壓器205送至等 離子體反應器1的工作電流，由光耦IC2光電轉換作電隔離后，將等離子體反應器1的工作 電流取樣送至脈沖發生器204內的誤差放大器和PWM比較器處理。當等離子體反應器1工 作時被損壞、老化、短路時的異常狀態信號電流經過處理，PWM比較器的輸出脈寬為零，開關 管被關閉，實現自動保護。同樣，當等離子體反應器1的工作電流因負載大小而變化，PWM比 較器的輸出脈寬也改變，控制開關管導通時間，實現自動調整脈沖電源輸出功率。本發明所述的脈沖發生器204內設有瞬變二極管D5和快恢復二極管D6反向串聯 后與初級線圈214并聯，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。快恢復二極管D6的正極與開關管漏極連接。瞬變二極管D5吸收 脈沖發生器204關斷時產生的反向超過閾值的峰值電壓，起箝位作用。本實施例當市電電 壓為220V時，瞬變二極管D5優選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D1、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。本發明脈沖電源2工作原理市電由整流電路202橋式整流，濾波電容器C3濾波供脈沖發生器204逆變。當脈 沖發生器204中的開關管被PWM脈沖激勵而導通時，次級高壓快恢復二極管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，此時初級線圈 214相當于一個純電感，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；當開關管截止時，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二極管217正向導通，初級線圈 214儲存的能量傳送到次級線圈215升壓，產生高壓窄脈沖電流，提供給外接的等離子體反 應器1作電暈放電。脈沖變壓器205的輸出端設有高壓導線213與等離子體反應器207的正極連接。 高壓快恢復二極管217的耐電壓參數至少是12KV，恢復時間小于SOnS ；初級線圈214是繞 在初級絕緣線圈骨架211內，初級絕緣線圈骨架211和多槽絕緣線圈骨架212的內孔中設 有鐵基超微晶鐵心216作電磁耦合。鐵基超微晶鐵心216的磁回路中設有磁氣隙218，磁氣 隙218的設置寬度是0. 15-0. 4mm，是根據工作頻率和輸出功率予以調整。高壓快恢復二 極管217將次級線圈215每個線包作高頻隔離，繞組的分布電容是按指數下降，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。圖7是本發明脈沖變壓器輸出高壓放電電流波形圖。此放電電流波形是在脈沖變 壓器205的輸出端外接等離子體反應器1接地端的取樣電阻器上測得的。數字式示波器顯 示表明脈沖占空比為16%，脈沖寬度是3uS，脈沖上升時間為70nS。本發明脈沖變壓器輸 出高壓放電電流波形一致性好，等離子體反應器1的電暈放電穩定。實施例5 本發明所述的負電極102是表面氧化處理的鋁板制成，負電極102的兩面敷設納 米級Ti02。特別強調的是等離子體反應器負電極表面氧化處理的鋁板制成，上面層面是容 易敷設Ti02。氧化處理生成的Al2O3僅3-4 μ m，層面薄，在18KVP_P窄脈沖高壓電場中不影 響電暈放電。當等離子體反應器作電暈放電時，反應區發出的藍光含有紫外線，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。實施例6 本發明所述的每組上下對稱的兩個凸部109彎頭處是按同極性屏蔽效應距離設 計的，每根正電極101的金屬帶之間距離范圍是按16 26mm排列。優先地所述的正電極 101與負電極102之間的放電距離設計范圍是8 18mm。正電極101與負電極102之間的 距離是根據外加高壓電源的電場強度設定的。實施例7:本發明所述的正電極101是由若干條鎳鉻金屬帶設在同一平面內，相鄰兩根正電 極101最佳值按22mm等距離排列制成一個組件；正電極101與負電極102之間的最佳放電 距離是12mm。實施例8 所述的脈沖發生器204內的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器及開關管是制成 一個模塊；也可以選用開關電源控制集成電路ICI包括開關管是合用一塊單片集成電路 T0P225或T0P224制成，或是性能更好的單片五端開關電源ICl包括MC33374制成。實施例9 本發明所述的正電極101金屬帶最佳寬度是2mm，厚度是0. 08mm。正電極101金屬帶是鎳鉻金屬帶，牌號為Cr20Ni80的高電阻電熱合金，也可以是 鐵鉻鋁材料的牌號為0Cr27A17Mo2的高電阻電熱合金；它的最高使用溫度是1400°C，耐氧 化。所述的正電極101是Ti3Al為基的鈦合金材料制成。鈦鋁化合物為基的鈦合金。 與一般鈦合金相比，鈦鋁化合物為基的Ti3Al( α 2)和TiAl(Y)金屬間化合物的最大優點 是高溫性能好，最高使用溫度分別為816°C和982°C，抗氧化能力強、抗蠕變性能好和重量 輕。等離子體是由大量正、負帶電粒子和中性粒子組成的，并表現出集體電場作用的、 電荷整體呈準中性的氣體云。等離子體對細菌細胞膜構成嚴重擊穿和破壞；再是它能打開 氣體分子鍵，生成單原子分子、負氧離子、OH離子和自由氧原子、H2O2等自由基，具有極強的 活化和氧化能力。它對細菌、病毒具有很強的殺傷力。它還能分解甲醛、苯、氡、氨氣、一氧 化碳、煙氣、TVOC等高分子有毒有機物，轉化成低分子無毒無味的無機物，如炭、水等。內部 設置的等離子體反應器含靜電場，能吸附小至0.01 μ m粒徑的顆粒物，進一步凈化空氣。等 離子體空氣消毒凈化技術的先進性已被業內專家學者所認可，其殺菌消毒機理的科學性和 先進性是無可比擬的，被國際上稱之為“ 二十一世紀環境科學四大技術之一 ”。本發明再加 上二氧化鈦(TiO2)光催化在等離子體反應器發出的紫外光線作用下，光源的能量激發TiO2 周圍的氣體分子產生活性極強的自由基。這些氧化能力極強的自由基幾乎可以分解絕大部 分有機物質與部分無機物質，達到殺菌，除臭，空氣凈化加倍的效果。本發明使用范圍是工廠潔凈室、醫院手術室、隔離病房、辦公樓、會議室、影劇院、 火車、汽車、地鐵、艦船等公共場所及其家庭的空氣消毒凈化。
權利要求
設有金屬帶——板結構反應器的凈化器，包括等離子體反應器(1)、脈沖電源(2)、風機組件(3)、控制器(4)、進風口(5)、出風口(6)和外殼(8)，進風口(5)和出風口(6)各設有空氣過濾器(9)，等離子體反應器(1)和風機組件(3)設置在氣流之中，控制器(4)的兩個輸出端分別與脈沖電源(2)、風機組件(3)的電源控制端電連接，其特征在于所述的等離子體反應器(1)內設有正電極(101)和負電極(102)；正電極(101)是由若干條耐氧化的金屬帶設在同一平面內按等距離平行排列制成一個組件，共計n組(n為50以內整數)；所述的負電極(102)是表面氧化處理的鋁板制成，負電極(102)的兩面敷設納米級TiO2，共計n+1塊；根據反應器功率要求還設有若干條由鋁棒或不銹鋼條制成的阻止微放電導電軌(103)，阻止微放電導電軌(103)上設有等距離排列的凸部(109)，所述的正電極(101)的兩端是分別固定在相對應導電軌上的凸部(109)頂端，阻止微放電導電軌(103)的兩端各設置一個導電軌絕緣支架(105)固定在所述的反應器外殼(108)相對應安裝孔中；若干條阻止微放電導電軌(103)用耐氧化導線作電連通；所述的脈沖電源(2)內設有EMC濾波器(201)、整流電路(202)、濾波電路(203)、脈沖發生器(204)、脈沖變壓器(205)依次序作電連接，脈沖變壓器(205)的高壓輸出端正極接等離子體反應器(1)的正電極(101)，高壓輸出端負極與等離子體反應器(1)的負電極(102)連通接地；所述的脈沖發生器(204)內設有的振蕩器、誤差放大器、PWM比較器及開關管，脈沖變壓器(205)與脈沖發生器(204)內的開關管是單端反激式逆變器設置的。
2.根據權利要求1所述的設有金屬帶——板結構反應器的凈化器，其特征在于所述的 阻止微放電導電軌(103)的凸部(109)是上下對稱兩個設為一組，每根阻止微放電導電軌 (103)的凸部(109)設η組，凸部(109)頂端設置向外側彎頭；所述的正電極(101)兩端設 有不銹鋼連接框(110)，不銹鋼連接框(110)中間沖成方孔，所述的凸部(109)頂端彎頭套 入不銹鋼連接框(110)方孔內；凸部(109)是厚度0. 3 Imm的不銹鋼彈性片。
3.根據權利要求1所述的設有金屬帶——板結構反應器的凈化器，其特征在于所述的 負電極(102)靠反應器外殼(108)邊的上、下兩端各設一個凸出的負電極固定梢(111)，反 應器外殼(108)對應處開凹槽對接緊固。
4.根據權利要求1所述的設有金屬帶——板結構反應器的凈化器，其特征在于所述的 脈沖變壓器(205)設有一個多槽絕緣線圈骨架(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)相對應的凹槽內串聯而成；所述的初級線圈(214)和次級線圈 (215)的內孔中設有磁芯(216)作電磁耦合，磁芯(216)的磁回路中設有磁氣隙(218)；所 述的磁芯(216)最佳設計用鐵基超微晶鐵心，也可以設置鐵氧體磁心。
5.根據權利要求1或2所述的設有金屬帶——板結構反應器的凈化器，其特征在于 每組上下對稱的兩個凸部(109)彎頭處是按同極性屏蔽效應距離設計的，相鄰兩根正電極 (101)的金屬帶之間距離范圍是按16 26mm排列；所述的正電極(101)與負電極(102)之 間的放電距離設計范圍是8 18mm。
6.根據權利要求1或5所述的設有金屬帶——板結構反應器的凈化器，其特征在于所 述的正電極(101)是由若干條鎳鉻金屬帶設在同一平面內，相鄰兩根正電極(101)最佳值 按22mm等距離排列制成一個組件；正電極(101)與負電極(102)之間的最佳放電距離是 12mm。
7.根據權利要求1所述的設有金屬帶——板結構反應器的凈化器，其特征在于所述的脈沖發生器(204)內的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器及開關管是制成一個模塊；也可以 選用開關電源控制集成電路ICl包括開關管是合用一塊單片集成電路T0P225或T0P224制 成，或是性能更好的單片五端開關電源ICl包括MC33374制成。
8.根據權利要求1所述的設有金屬帶——板結構反應器的凈化器，其特征在于正電極 (101)的鎳鉻金屬帶的牌號為Cr20Ni80的高電阻電熱合金，也可以是鐵鉻鋁材料的牌號為 0Cr27A17Mo2的高電阻電熱合金；或所述的正電極(101)是Ti3Al為基的鈦合金材料制成。
全文摘要
本發明屬于空氣消毒凈化技術領域，具體涉及設有金屬帶——板結構反應器的凈化器。包括等離子體反應器、脈沖電源、風機組件、控制器、進風口、出風口和外殼。反應器正電極是由若干條耐氧化的金屬帶制成，負電極是表面氧化處理的鋁板，兩面敷設納米級TiO2，正電極的兩端是分別固定在相對應導電軌上的凸部頂端。脈沖發生器內設有的振蕩器、誤差放大器、PWM比較器及開關管，開關管是單端反激式逆變器設置的。本發明電暈放電均勻、產生等離子體和自由基強度高，可靠性好、工作壽命長。解決了現有技術的不足及偏見。用途工廠潔凈室、醫院手術室、辦公大樓、會議室、影劇院、火車、汽車、地鐵、艦船等公共場所及家庭的空氣消毒凈化。
文檔編號B01D53/86GK101920036SQ20091026378
公開日2010年12月22日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者周云正, 周瑾 申請人:周云正