專利名稱：一種等離子體空氣消毒凈化器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于空氣消毒凈化技術領域，具體涉及一種等離子體空氣消毒凈化
背景技術現有的空氣消毒凈化器按空氣消毒因子類型分主要的有過濾吸附型、電子靜電吸 附型、高能離子消毒凈化型、紫外線消毒凈化型、光催化凈化和等離子體消毒凈化型等六 種；空氣消毒凈化方法是由風機驅動室內空氣流經上述空氣消毒凈化器實現的。過濾型吸附隨空氣流中的懸浮顆粒污染物，實現凈化空氣。其缺點是只能濾除灰 塵，不能徹底消毒。如果不及時清理或更換濾網，會造成二次污染。電子靜電吸附型通過電 極的靜電，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，不能高效去除甲醛等有害氣體。高能離子消毒凈化型利用臭氧的不穩定特性和強氧化 作用殺菌消毒的。臭氧不能除塵。紫外線空氣消毒凈 化型采用紫外線殺滅細菌、病毒等微 生物。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；也不能除塵。光催化 凈化技術是光催化劑TiO2在387. 5nm波長的紫外光線的照射下，TiO2介帶上的電子被激發 進入導帶，產生相應的空穴一自由電子殺滅細菌，分解有機物為CO2和H2O等無毒無害無機 物。其缺點是TiO2自身的失活現象是光催化凈化效率降低的根本原因；也不能除塵。由于 上述缺陷的存在，一般采用兩種合并使用，結構復雜化，效果并不理想。現有的等離子體空氣消毒凈化器一般由反應器、高壓電源、風機組件、控制裝置、 進風口、出風口、電源聯接器和外殼等部件組成，進風口、出風口設有空氣過濾器，等離子體 反應器設置在氣流之中。等離子體反應器主要是由正電極、負電極和外殼組成。正電極的 結構有金屬絲、鋸齒狀或尖針狀幾種。等離子體空氣消毒凈化型的消毒凈化機理是等離子 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。等離子體反應器含靜電 場，能吸附小至0. Ium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”。 但是，市場上推廣應用還不多見，進展緩慢。過濾吸附、高壓靜電及TiO2光催化等空氣消毒 凈化器仍在各大醫院、辦公大樓、商場、公共娛樂場所被采用；臭氧、紫外線消毒凈化器雖然 有所減少，然而食品廠、制藥廠及半導體IC制造業大都選用FFU空氣過濾單元。它的能耗 大、有噪音，維護費用昂貴，尚有二次污染之虞，恰恰占有極大市場。究其原因之一是目前等離子體空氣消毒凈化器的反應器設計不合理構成反應 器放電正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 們處于的尖端放電狀態，形成的放電流注，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-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，鋸齒狀或尖針狀的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發現；反應器表面上雖然還在工作，卻形同虛設。這在醫院手術 室、重癥病房中使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，收塵極兩端連接收電極連接件，放電極連接件和收電極連接件分別連接在絕緣子 上。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。由于陽極與絕緣板之間的微放電效應，使陽極金屬絲僅僅工作幾個月就被燒 斷。再一個原因就是目前配合等離子體反應器的電源對于呈容性負載的等離子體反 應器匹配不是很恰當。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數萬度，而其它 粒子獲得極少低能量。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，上升速率達到至少是120nS的高頻窄脈沖電流。同時考慮到等離子體反應器是容性 負載，正、負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。為此，市場上多數選用了簡單、價廉的直流高壓電源。眾所周知，直流電暈放電形 成的等離子體活性空間小，僅限于電暈放電附近。當直流電壓高于反應器正、負電極臨界值 時氣體會被擊穿而形成火花放電，使氣體溫度升高，效率低、能耗大是顯而易見；還會出現 大量臭氧。例如采用高壓交流整流濾波的技術方案就是屬于直流高壓電源。有的廠家直接 選用壓電陶瓷變壓器，它輸出的是幾千伏的高頻交流電，必須采用倍壓整流濾波電路升壓才能達到電暈放電要求，結果輸出的也是直流高壓電流。上述電源對于呈容性負載的等離 子體反應器所出現的打火、拉弧，產生臭氧是必然的。被世界上許多廠家所采用等離子體反應器的交直流疊加電源，是在高壓直流電基 礎上疊加一個高頻高壓交流電實現的。它比直流電源的電暈放電峰值電壓低，電壓范圍寬， 但又稍損于窄脈沖電暈放電法，所以活性粒子的數量及活性空間都介于兩者之間。它作為 等離子體反應器的匹配電源也不是理想的。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，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。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、等離子體空氣消毒凈化器，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，選用鋸齒狀或針尖狀放電極的技術方案是一種偏見。再加上高 壓直流電源的不匹配，致使目前的等離子體空氣消毒凈化器可靠性差、工作壽命短、消毒凈 化效率低下；以前有不少的這方面論文、專利發表，但是近幾年被尖針狀、鋸齒狀電極的靜 電吸附型、等離子體空氣消毒凈化器取代，原因就在于此。
發明內容本實用新型的目的是為了解決上述現有技術的不足及偏見而提供一種可靠性好、 工作壽命長、產生等離子體濃度高，提高空氣消毒凈化效率的一種等離子體空氣消毒凈化器。本實用新型的技術方案是一種等離子體空氣消毒凈化器包括等離子體反應器、脈沖電源、風機組件、控制裝 置、進風口、出風口、電源聯接器和外殼。進風口、出風口設有空氣過濾器，等離子體反應器 設置在氣流之中。所設計的等離子體反應器內設有若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶在同 一平面內按等距離平行排列制成的正電極，正電極置于相鄰兩個負電極中間部位；正電極 的兩端是固定在阻止微放電導電軌上，阻止微放電導電軌的兩端再與正交設置在反應器四 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、下兩端各設一個絕 緣連接物與反應器外殼相對應的安裝孔固定；所述的負電極的上、下兩端是直接固定在金 屬制成的反應器外殼上，并作電連通。設計與等離子體反應器匹配的脈沖電源內設有EMC 濾波器、整流電路、濾波電路、數字控制電路、脈沖發生器、脈沖變壓器依次序作電連接，脈 沖變壓器的輸出端外接等離子體反應器；所述的脈沖發生器輸出端設有電流檢測電路，將 檢測到的脈沖發生器輸出電流信號送入數字控制電路內的振蕩器、誤差放大器和PWM比較 器，轉換成數字控制電流后輸出至脈沖發生器的輸入端；脈沖變壓器的初級線圈和次級線 圈的同名端al、a2與異名端bl、b2是反向設置的；次級線圈是分段繞制成至少是兩個線包 串聯而成，每個線包的上端各設有一個高壓快恢復二極管。脈沖發生器內設有半導體開關 管Q1，漏極接初級線圈的同名端al，柵極通過電阻器R4與數字控制電路內的集成電路ICl 輸出端連接，源極接電流檢測電路內的電阻器R5。優先地本實用新型一種等離子體空氣消毒凈化器技術方案二，所述的阻止微放電 導電軌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的兩端固定在阻止微放電導電軌上對應位置的凹槽內予以定位。優先地本實用新型一種等離子體空氣消毒凈化器技術方案三，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；所述的初級線圈和次級線圈的內孔中設有鐵基超微晶鐵心作電磁耦合， 鐵基超微晶鐵心的磁回路中設有磁氣隙。優先地本實用新型一種等離子體空氣消毒凈化器技術方案四，所述的風機組件中 設有鋸齒狀邊緣風葉的低噪聲風機。優先地本實用新型一種等離子體空氣消毒凈化器技術方案五，所述的控制裝置設 空氣質量傳感器和單片機控制器，空氣質量傳感器輸出端與單片機控制器輸入端作電連 接，控制裝置輸出端與脈沖電源及風機組件電源開關作電連接。優先地本實用新型一種等離子體空氣消毒凈化器技術方案六，所述的脈沖變壓器 的輸出地電位端接有異常狀態保護電路，異常狀態保護電路的輸出端與數字控制電路輸入 端連接，將脈沖變壓器送至等離子體反應器的工作電流取樣、光電隔離后的信號電流送入 數字控制電路輸入端，經數字處理后的控制電流從數字控制電路輸出端送至脈沖發生器輸 入端，自動控制輸出脈沖寬度；脈沖變壓器初級線圈的兩端設有脈沖限幅電路，對脈沖變壓 器初級線圈兩端的輸出電壓峰值箝位。優先地本實用新型一種等離子體空氣消毒凈化器技術方案七，所述的EMC濾波器 設有差模電感器LI和共模電感器L2兩者串聯，EMC濾波器輸入端及輸出端各并聯一只電 容器。本實用新型與現有技術相比具有以下的有益效果本實用新型一種等離子體空氣消毒凈化器內所設計的等離子體反應器正電極是 由若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶固定在阻止微放電導電軌上的，遠離絕緣連接物；再是 阻止微放電導電軌的兩端又與正交設置在反應器四周的四根正電極金屬支架固定，并作電 連通。絕緣連接物僅僅是一個端面與阻止微放電導電軌表面相接觸，所以與現有技術相比， 其微放電效應基本可以忽略。特別要說明的是阻止微放電導電軌的截面比起鎳鉻絲或鎳鉻 金屬帶要大得多，即使存在微弱的微放電效應，也不會影響等離子體反應器正常工作及其 使用壽命。這樣，使每根鎳鉻絲或鎳鉻金屬帶在直流強電場中作穩定的電暈放電，獲得高濃 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放電極或針尖狀電離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等離子體反應器外殼通地線，電磁屏蔽效 果好，符合電磁兼容要求。本實用新型明的每根正電極金屬支架的上、下兩端各設一個絕緣連接物與外殼相 對應的安裝孔固定，所述的負電極的上、下兩端是固定在外殼內壁上，并作電連通。這樣，若 干條鎳鉻絲或鎳鉻金屬帶構成的正電極、阻止微放電導電軌和四根正電極金屬支架與等離 子體反應器外殼精密聯成一體，而且絕緣性能良好。由于負電極的上、下兩邊也是固定在外 殼上，它在整體安裝時確保正電極置于相鄰兩個負電極中間部位精度高，使放電均勻一這 是衡量等離子體反應器的重要指標；這樣設計還使等離子體反應器的整體結構牢固。本實用新型所設計的脈沖電源中的脈沖發生器輸出端設有電流檢測電路，將檢測 到的脈沖發生器輸出電流信號送入數字控制電路內的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器，轉換成數字控制電流后輸出至脈沖發生器的輸入端，以自動調整脈沖發生器的輸出脈沖寬 度。電流檢測電路與數字控制電路的默契配合，獲得高頻窄脈沖驅動電流，使呈容性的等 離子體反應器產生高濃度等離子體，工作時的放電電流穩定。所述的脈沖變壓器的初級線 圈和次級線圈的同名端al、a2和異名端bl、b2是反向設置的，脈沖發生器與脈沖變壓器是 按反激式逆變器設置；所述的次級線圈是分段繞制成至少是兩個線包串聯而成，每個線包 的上端各設有一個高壓快恢復二極管，高壓快恢復二極管的正極接在低電位線包的末端， 高壓快恢復二極管的負極接在高電位線包的起始端。這樣設計脈沖變壓器的初級線圈和次 級線圈的分布電容按分段繞制線包個數的指數倍率下降，極大地提高其輸出脈沖電壓的上 升、下降速 率。輸出脈沖電壓比較穩定，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，其外殼可以直接接地，電磁屏蔽、安全性 能好。同時獲得意想不到的有益效果是可以選用普通高反壓功率晶體管替代價格昂 貴、工作壽命短的超高速大功率開關器件；同時，當等離子體反應器意外短路，本發明的脈 沖電源即使沒有異常狀態保護電路也不會被損壞。這是因為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，獲得脈沖上升時 間SOnS以下的高壓電暈放電電流；再是當等離子體反應器意外短路，由于反激式逆變器的 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，因而脈沖電源的開關半導 體管工作是安全的。本實用新型的上述各部件之間相輔相成，有機聯系，使本發明為之設計的脈沖電 源實現匹配呈容性的等離子體反應器工作產生輸出脈沖頻率是20至IOOKHz,占空比20% 時，脈沖寬度10—2uS，脈沖上升時間70—120nS，脈沖幅度12—18KVP_P，消毒因子是高濃度 的非熱等離子體。本實用新型所設計的脈沖電源匹配等離子體反應器工作還有以下三個優點首先是由于反應器的正電極是絲狀或帶狀，電暈放電均勻；脈沖電源的窄脈沖電 壓高，不容易過渡到火花放電，可提供的活性粒子比直流放電法高出幾個數量級；其次是在窄脈沖前沿快速上升電場中，等離子體反應器內電暈區域大，放電空間 的電子密度也增高，在反應器內的空間電荷效應分布趨于均勻，因而活性空間也比交直流 疊加電源放電法大得多；再是由于上述二點的優勢，本實用新型的等離子體反應器內電子密度大、分布廣， 反應器設計有較大的空間，所以制造時允許有一定的誤差，合格率高。總的說來，本實用新型具有可靠性好、工作壽命長、產生等離子體濃度高，提高空 氣消毒凈化效率。不難看出，本實用新型的電路設計簡單，而且功能齊備，結構精巧，成本低 廉，與呈容性的等離子體反應器匹配良好。等離子體反應器和脈沖電源是本實用新型等離子體空氣消毒凈化器的兩個核心 部件，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，脈沖電源輸出端的負 極與等離子體反應器的負電極作電連通，將等離子體反應器設置在空氣消毒凈化器的進風 口和風機之間，它外接風機組件，在控制裝置控制下進行空氣消毒凈化。等離子體空氣消 毒凈化器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。同時具有除塵、去異味、降解甲醛、煙霧和TVOC 等有機廢氣的功能。本實用新型采用上述等離子體空氣消毒凈化器的一種空氣消毒凈化方 法，脈沖電源輸出脈沖頻率是38KHZ，脈沖寬度5uS，脈沖上升時間80nS，脈沖幅度16KVP_P，消 毒因子是非熱等離子體；對室內空氣按四個步驟進行消毒凈化細菌、病毒類污染物、多種有 機高分子異味氣體和微細顆粒污染物都能去除。經實測在20m2密封房間空氣中人工噴染 的白色葡萄球菌，本發明工作30min后的平均殺滅率為99. 98% ；工作60min的殺滅率可高 達100%，甲醛降解率98. 7%，懸浮粒子數彡3500個/L(Φ彡0. 5 μ m)，空氣中留存臭氧量 彡 0. 05mg/m3。節能是顯而易見的本實用新型在IOOm3室內達到醫院II類環境消毒標準的反 應器消耗功率為7-8W，而達到同樣效果的紫外線及臭氧的空氣消毒凈化器能耗至少為 160W。
圖1是本實用新型一種等離子體空氣消毒凈化器的結構示意圖；圖2是本實用新型設有鎳鉻金屬絲正電極的等離子體反應器立體圖； 圖3是本實用新型設有鎳鉻金屬帶正電極的等離子體反應器立體圖；圖4是本實用新型等離子體空氣消毒凈化示意圖；圖5是本實用新型的脈沖電源立體結構圖；圖6是本實用新型的脈沖電源電原理圖；圖7是本實用新型的脈沖變壓器結構示意圖；圖8是本實用新型的脈沖變壓器電路圖；圖9是本實用新型的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-控制裝置5-進風口6-出風口7-電源聯接器8-外殼9、10-空氣過濾器101-正電極102-負電極103-阻止微放電導電軌104-正電極金屬支架 105-絕緣連接物106-絕緣連接物固定栓107-導電軌固定圈108-反應器外殼109-進風口污染空氣110-出風口潔凈空氣 201-EMC濾波器202-整流電路203-濾波電路204-數字控制電路 205-脈沖發生器206-脈沖變壓器207-等離子體反應器 208-電流檢測電路209-異常狀態保護電路210-脈沖限幅電路 211-初級絕緣線圈骨架212-多槽絕緣線圈骨架213-高壓導線214-初級線圈215-次級線圈216-鐵基超微晶鐵心 217-高壓快恢復二極管218-磁氣隙
具體實施方式
下面參照附圖對本實用新型的實施例作進一步的詳細描述。[0059]實施例1 圖1是本實用新型一種等離子體空氣消毒凈化器的結構示意圖，圖2是本實用新 型設有鎳鉻金屬絲正電極的等離子體反應器立體圖，圖3是本實用新型設有鎳鉻金屬帶正 電極的等離子體反應器立體圖。本發明等離子體空氣消毒凈化器包括等離子體反應器1、脈 沖電源2、風機組件3、控制裝置4、進風口 5、出風口 6、電源聯接器7和外殼8，進風口 5設有 空氣過濾器10，出風口 6設有空氣過濾器9，等離子體反應器1設置在氣流之中。等離子體 反應器1內設有若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶在同一平面內按等距離平行排列制成的 正電極101，正電極101置于相鄰兩個負電極102中間部位。負電極102是鋁板或不銹鋼板 制成，厚度設計為0. 8-1. 5mm。正電極101和負電極102按氣流方向平行設置，風阻小、消 毒均勻。正電極101的兩端是固定在阻止微放電導電軌103上對應的凹槽內，阻止微放電 導電軌103的兩端再與正交設置在反應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、下兩端各設一個絕緣連接物105與反應器外殼108相 對應的安裝孔固定，由絕緣連接柱固定栓106把絕緣連接物105緊固在反應器外殼108上。 負電極102的上、下兩端是直接固定在金屬制成的反應器外殼108內壁上，并作電連通。本 發明所設計的正電極金屬支架104外緣設有阻止微放電導電軌的固定圈107，等距離隔開 阻止微放電導電軌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定。本實用新型所設置的正電極101是由若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶設在同一 平面內，并按24mm最佳值等距離排列制成一個組件，共計η組(η為30以下正整數)；負電 極102是金屬板為η+1塊；正電極101與負電極102之間的最佳距離是12mm。正電極101 選用的鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶材料的牌號為Cr20Ni80的高電阻電熱合金；鎳鉻金屬絲 直徑最佳值是0. 20mm,或鎳鉻金屬帶最佳寬度是2mm，厚度是0. 10mm。本實用新型在進風口 5、出風口 6下部設有氣密用的導風板15。等離子體反應器 1、風機組件3固定在導風板15上。導風板15下部是電器箱11，安裝脈沖電源2和控制裝 置4。外殼8的上部設有固定裝置18。對照圖5是本實用新型的脈沖電源立體結構圖，圖6是本實用新型的脈沖電源電 原理圖。圖中的脈沖電源2內設有EMC濾波器201、整流電路202、濾波電路203、數字控制 電路204、脈沖發生器205、脈沖變壓器206依次序作電連接，脈沖變壓器206的正、負輸出 端分別接等離子體反應器207對應的正、負兩個電極。脈沖發生器205輸出端設有電流檢 測電路208，將檢測到的脈沖發生器輸出電流信號送入數字控制電路204內的振蕩器、誤差 放大器和PWM比較器，轉換成數字控制電流后輸出至脈沖發生器205的輸入端，以自動調整 脈沖發生器205的輸出脈沖寬度，維持等離子體反應器207放電穩定性。圖7是本實用新型的脈沖變壓器結構示意圖，圖8是本實用新型的脈沖變壓器電 路圖。脈沖發生器205內設有絕緣柵場效應開關管Q1，漏極接初級線圈214的同名端al， 柵極通過電阻器R4與數字控制電路204內的集成電路ICl輸出端連接，源極接電流檢測電 路208內的電阻器R5。脈沖發生器205與脈沖變壓器206是按反激式逆變器設置，脈沖變 壓器206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。 次級線圈215是分段繞制成至少是兩個線包串聯而成，每個線包的上端各設有一個高壓快 恢復二極管217。高壓快恢復二極管217的正極接在低電位線包的末端，高壓快恢復二極管 217的負極接在高電位線包的起始端。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。濾波電容器C3與整流電路202直流輸出端并聯。降壓電阻器Rl串聯在數字控制 電路204供電回路中，濾波電容器C4與數字控制電路204供電回路并聯。數字控制電路 204內的振蕩器回路外接振蕩電阻器Rs和振蕩電容器Cs。整流電路202是由二極管D1、 D2、D3和D4按橋式整流電路連接。本發明非熱等離子體脈沖電源的L、N輸入端設有電源 聯接器7。脈沖變壓器206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。脈沖變壓器206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。所述的高壓快恢復二極管217的耐電 壓參數至少是12KV，恢復時間小于SOnS ；所述的初級線圈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；最佳實施例工作頻率38KHz，輸出功 率7W，磁氣隙218設置寬度是0. 25mm。所述的鐵基超微晶鐵心216也可以是R2KD的鐵氧 體磁心材料制成。本實用新型脈沖電源工作原理當脈沖發生器205中的開關管Ql被PWM脈沖激勵 而導通時，次級高壓快恢復二極管217截止，脈沖變壓器206的次級線圈215輸出脈沖電流 給外接等離子體反應器207供電。整流電路202直流輸出電壓施加到脈沖變 壓器206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電感中當開關管Ql截止時，由于電感電流不能突變，初級線圈 214兩端電壓極性反向，次級線圈215上的電壓極性顛倒使高壓快恢復二極管217導通，初 級線圈214儲存的能量傳送到次級線圈215，提供輸出脈沖電流給外接的等離子體反應器 207供電。本實用新型所述的異常狀態保護電路209內設有光耦IC2，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206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。光耦IC2的2、3腳并聯高壓電 容器C7，取樣電阻R6并聯在光耦IC2的輸入端。流經取樣電阻R6上是脈沖變壓器206送 至等離子體反應器207的工作時取樣電流，由光耦IC2光電轉換作電隔離后，將等離子體反 應器207的工作信號電流送至數字控制電路204內的誤差放大器和PWM比較器。異常狀態 信號電流經過光耦IC2轉換成光信號，進行光電隔離后再還原成電信號送至數字控制電路 204處理。本實用新型所述的電流檢測電路208內電阻器R5既是絕緣柵雙極型晶體管Ql的 發射極電阻器，又是電流檢測電路208的電流取樣電阻器。電阻器R5上的取樣電流送入數 字控制電路204，由設在數字控制電路204內部的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器處理，轉 換成數字控制電流后輸出至脈沖發生器205的輸入端，自動調整脈沖發生器205的輸出脈 沖寬度，進一步自動控制離子體反應器207工作電流穩定性能。本實用新型所述的脈沖限幅電路210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。快 恢復二極管D6的正極與絕緣柵雙極型晶體管Ql集電極連接，電容器C6與瞬變二極管D5 并連。瞬變二極管D5在脈沖限幅電路210中起重要作用，本實施例當市電電壓為220V時， 優選1. 5KE250A型，工作電流4. 2A，限幅電壓237—263V。圖9是本實用新型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206的輸出端外接等離子體反應器207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。本實用新型脈 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207的電暈放電穩定。實施例2 本實用新型等離子體空氣消毒凈化器所設置的阻止微放電導電軌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 放電導電軌103上對應位置的凹槽內予以定位。也可以是凸梢替代凹槽，對于固定鎳鉻金 屬絲尚可，固定鎳鉻金屬帶會出現歪斜弊端。發明人設計過用彈簧、不銹鋼片替代阻止微放 電導電軌103上對應位置的凹槽部位固定鎳鉻金屬絲、鎳鉻金屬帶，均出現上述缺陷；特別 嚴重的是當風機開啟，該技術方案由于存在彈性的不穩定性導致鎳鉻金屬絲、金屬帶晃動 更甚，正電極101工作時打火 ，影響等離子體反應器放電穩定性在所難免。實施例3 本實用新型一種等離子體空氣消毒凈化器所設置的脈沖變壓器206設有一個多 槽絕緣線圈骨架212，次級線圈215是分三段、四段或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。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。初級線圈214和次級線 圈215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的距離根據所需要的輸出功率調整，本實施例為0. 2-0. 5mm。鐵基 超微晶鐵心216可以用軟磁鐵氧體磁芯替代，只是軟磁鐵氧體磁芯的工作磁通密度不高、 磁導率偏低，繞組線圈需要增加一倍以上才能達到原來的電感量，這當然會使脈沖變壓器 206的輸出功率、脈沖上升速率指標不如鐵基超微晶鐵心優越。實施例4 本實用新型一種等離子體空氣消毒凈化器的風機組件3內設有鋸齒狀邊緣風葉 的低噪聲風機，鋸齒高度是8mm，齒間距離為12mm。風機組件3由風機固定板16被固定在 外殼8上，風機固定板16下部用風機固定螺釘17與導風板15緊密固定。依照仿生學的觀 點，鳥類翅膀邊緣羽毛尖端呈鋸齒狀，翅膀上下波動與高速氣流磨擦噪音是極低的。鋸齒狀 邊緣風葉的低噪聲風機與同樣功率、風量的普通風機對比，平均噪聲指標要低3-5dB。一種 普通風機外徑為220mm，風管長60mm，額定電壓220V/50Hz，工作電流0. 60A，風量1200m7h 時的噪聲是59. 5dB (A)，換上鋸齒狀邊緣風葉后實測噪聲為54. 8dB (A)。實施例5 本實用新型一種等離子體空氣消毒凈化器所設的控制裝置4內設有單片機控制 器，空氣質量傳感器裝在進風口 5，空氣質量傳感器輸出端和單片機控制器輸入端作電連 接。旋鈕12是手動電源開關，旋鈕13是風量大、中、小三檔轉換開關，旋鈕14是工作時間 1-4小時控制開關。控制裝置4的輸出端與脈沖電源2、風機組件3的電源聯接。當室內空氣質量污染超標準時，空氣質量傳感器輸出信號增大，單片機控制器與設定的閾值比較 后發出信號電流，控制裝置4開啟脈沖電源2和風機組件3的電源自動空氣消毒凈化。單 片機控制器還可以設置每天自動開機消毒凈化程序，使本實用新型更具有實用性。實施例6 本實用新型一種等離子體空氣消毒凈化器所設的脈沖變壓器206的輸出地電位 端接有異常狀態保護電路209，異常狀態保護電路209的輸出端與數字控制電路204輸入端 連接，將脈沖變壓器206送至等離子體反應器207的工作電流取樣、光電隔離后的信號電流 送入數字控制電路204輸入端，經數字處理后的控制電流從數字控制電路204輸出端送至 脈沖發生器205輸入端，以自動控制輸出脈沖寬度，穩定脈沖發生器的工作狀態。當呈容性 的等離子體反應器207工作中發生過熱、過電流、過電壓或短路等異常狀態時，數字控制電 路204經內部設置的誤差放大器和PWM比較器，轉換成的數字控制電流關閉，輸出端無脈沖 驅動電流，實現自動保護。所述的脈沖變壓器206初級線圈的兩端設有脈沖限幅電路210， 對脈沖變壓器206初級線圈兩端的輸出電壓峰值箝位。實施例7 本實用新型一種等離子體空氣消毒凈化器所設的EMC濾波器201設有差模電感器 LI和共模電感器L2兩者串聯，EMC濾波器201輸入端并聯電容器Cl，EMC濾波器201輸出 端并聯電容器C2。參見圖4的本實用新型等離子體空氣消毒凈化示意圖，室內進風口污染空氣109 從左面流經正電極101與負電極102的放電區域，出風口潔凈空氣110從右面流出。室內 空氣在風機組件3驅動下作多次循環消毒凈化。選用本實用新型使室內空氣流過設有若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶的正電極 及阻止微放電導電軌的等離子體空氣消毒凈化器，與之匹配的脈沖電源輸出的脈沖頻率是 20至IOOKHz,脈沖寬度10—2uS，脈沖上升時間70—120nS，脈沖幅度12—16KVP_P，消毒因子 是非熱等離子體。空氣消毒凈化是這樣進行首先是在室內大氣常壓下，將室內空氣以每秒0. 3-0. 6米的速度流經等離子體空 氣消毒凈化器，等離子體空氣消毒凈化器的氣體放電所產生的非熱等離子體中的電子溫度 達1萬度以上，細菌、病毒類污染物在這種環境下無法存活；細菌、病毒等微生物細胞受到 高能電子的非彈性碰撞，微生物顆粒在等離子體產生的電場中帶上一定數量的電荷，在微 生物顆粒表面產生一個靜電擊破力將細胞膜擊破，導致細胞質的流出，也能致使微生物死 亡。其二是等離子體所擁有的高能電子同空氣中的分子碰撞時會發生一系列基元物 質反應，產生多種活性自由基和活性氧0H、0_、H2O, H2O2, O3,將多種有機高分子異味氣體分 解，還原為低分子無害的無機物質。其三是等離子體中的離子與微細顆粒物體的凝聚作用，對室內空氣流中粒徑 0. 1——5um微細顆粒污染物進行有效的收集；粒徑5IOum微細顆粒污染物可以由設 在等離子體空氣消毒凈化器內的空氣過濾器去除；其四是將室內空氣流經等離子體空氣消毒凈化器的流量按每小時計算，至少是室 內空氣量的十倍。根據上述本實用新型空氣消毒凈化，實現將電暈放電所產生的等離子體應用于空氣消毒凈化，不但可以殺死病毒、細菌之類微生物，分解氣態污染有機物，還可從氣流中分 離出微粒，整個凈化過程涉及預荷電集塵、催化凈化和負離子發生等作用。電暈放電所產生的等離子體中還富有負氧離子。自然環境下，地球表面負離子濃 度是每立方厘米幾千個。由于環境污染，在城市中的負離子濃度僅600個/cm3以下。本實 用新型能保持室內每立方厘米五千個以上的負離子濃度。人們吸入一定量的負離子，能促 進人體生長發育，改善肺功能，吸收氧氣增加20%以上；改善心肌功能，增加心肌營養；可 降低血糖、膽固醇、增加血鈣，加速骨胳生長；使精神振奮，改善睡眠，增加機體免疫功能。總的來說，放電作用下有機物的降解是一個復雜的等離子體化學反應過程，由于 自由基存在的時間極短，反應速度也相當快，要具體確定某一個反應過程是十分困難的。雖 然目前已有大量非熱等離子體降解污染物機理的研究，但還未形成能指導實踐的理論體 系，因而深入研究非熱等離子體降解污染物的機理是應用研究方向之一。本發明創造技術特點如下a)可在有人的情況下對室內空氣進行動態消毒，對人及物品無任何損害；b)廣譜地截獲空氣中各類微生物，氣霧室驗證除菌效率達99. 99% ；c)對可吸入顆粒物的凈化效率高達95%以上；e)集消毒、除塵、去異味、除有機氣體等多種功效于一體；f)可釋放濃度高達IX IO4個/cm負離子，清新空氣，促進人體新陳代謝；g)特制的低噪聲風機，風量大、效率高，具有高、中、低三檔風速選擇。本本實用新型使用范圍是工廠潔凈室食品廠、電子、光學、精密儀器、車間生物制 藥研究室、實驗室及醫院手術室、隔離病房等潔凈度要求較高的場所；也可用于辦公大樓、 會議室、影劇院、火車、汽車、地鐵、輪船等公共場所的空氣消毒凈化，避免交叉感染。尤其是 當今全球甲型H1N1流感疫情嚴重，死亡病例近萬人，出現疫情的國家和地區達到了 199個 之多，已經到達高發期，本實用新型的意義重大。以上所述，僅僅是參照附圖的實施例對本發明的等離子體反應器作了進一步說 明，并非對本實用新型的限定。在本實用新型的技術理念范圍內，本領域技術人員可以按上 述揭示的等離子體反應器內阻止微放電技術及其脈沖電源內容作出包括材質在內的各種 方式簡單變形或等同替代，均屬于本實用新型技術方案的范圍內。例如所述的正電極是若 干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶，可以改為鉬、鎢制成棱型、橢圓型、三角形作等同替代。但是 鉬、鎢材料的機械強度及空氣中耐氧化性能差；棱型、橢圓型、三角形的正電極加工困難。所 述的阻止微放電導電軌的定位凹槽可以用金屬的梢釘或加厚、加粗的金屬彈簧的簡單變形 替代，但是梢釘難過定；彈簧在工作中出現晃動，放電不穩，制造工藝復雜、成本增高。四根 正電極金屬支架可以減少至兩根甚至一根，這種結構的電連通困難，長期運行會出現電接
觸不良。再如鐵基超微晶鐵心也可以用軟磁鐵氧體磁芯替代......，上述各種方式的簡單
變形或等同替代僅僅是舉例。不言而喻，都屬于本實用新型的技術理念范圍內的，并不會偏 離本實用新型的精神或者超越權利要求書定義的范圍。
權利要求一種等離子體空氣消毒凈化器，包括等離子體反應器(1)、脈沖電源(2)、風機組件(3)、控制裝置(4)、進風口(5)、出風口(6)、電源聯接器(7)和外殼(8)，進風口(5)設有空氣過濾器(10)，出風口(6)設有空氣過濾器(9)，等離子體反應器(1)設置在氣流之中，其特征在于所述的等離子體反應器(1)內設有若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶在同一平面內按等距離平行排列制成的正電極(101)，正電極(101)置于相鄰兩個負電極(102)中間部位；正電極(101)的兩端是固定在阻止微放電導電軌(103)上對應的凹槽內，阻止微放電導電軌(103)的兩端再與正交設置在反應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、下兩端各設一個絕緣連接物(105)與反應器外殼(108)相對應的安裝孔固定；所述的負電極(102)的上、下兩端是直接固定在金屬制成的反應器外殼(108)上，并作電連通；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)、數字控制電路(204)、脈沖發生器(205)、脈沖變壓器(206)依次序作電連接，脈沖變壓器(206)的輸出端外接等離子體反應器(207)；所述的脈沖發生器(205)輸出端設有電流檢測電路(208)，將檢測到的脈沖發生器輸出電流信號送入設在數字控制電路(204)內的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器，轉換成數字控制電流后輸出至脈沖發生器(205)的輸入端；所述的脈沖變壓器(206)的初級線圈(214)和次級線圈(215)的同名端a1、a2與異名端b1、b2是反向設置的；次級線圈(215)是分段繞制成至少是兩個線包串聯而成，每個線包的上端各設有一個高壓快恢復二極管(217)；脈沖發生器(205)內設有絕緣柵場效應開關管Q1，漏極接初級線圈(214)的同名端a1，柵極通過電阻器R4與數字控制電路(204)內的集成電路IC1輸出端連接，源極接電流檢測電路(208)內的電阻器R5。
2.根據權利要求1所述的一種等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的阻止微放 電導電軌(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電軌(103)上對應位置的凹槽內予以定位。
3.根據權利要求1所述的一種等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的脈沖變壓 器(206)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)。
4.根據權利要求1所述的一種等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于風機組件(3)中 設有鋸齒狀邊緣風葉的低噪聲風機。
5.根據權利要求1所述的一種等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的控制裝置(4)設空氣質量傳感器和單片機控制器，空氣質量傳感器輸出端與單片機控制器輸入端作 電連接，控制裝置(4)的輸出端與脈沖電源(2)的電源開關及風機組件(3)作電連接。
6.根據權利要求1所述的一種等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的脈沖變壓 器(206)的輸出地電位端接有異常狀態保護電路(209)，異常狀態保護電路(209)的輸出 端與數字控制電路(204)輸入端連接，將脈沖變壓器(206)送至等離子體反應器(207)的 工作電流取樣、光電隔離后的信號電流送入數字控制電路(204)輸入端，經數字處理后的 控制電流從數字控制電路(204)輸出端送至脈沖發生器(205)輸入端，自動控制輸出脈沖 寬度；所述的脈沖變壓器(206)初級線圈的兩端設有脈沖限幅電路(210)，對脈沖變壓器(206)初級線圈兩端的輸出電壓峰值箝位。
7.根據權利要求1所述的一種等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的EMC濾波 器(201)設有差模電感器LI和共模電感器L2兩者串聯，EMC濾波器(201)輸入端并聯電 容器Cl，EMC濾波器(201)輸出端并聯電容器C2。
專利摘要本實用新型屬于空氣消毒凈化技術領域，具體涉及一種等離子體空氣消毒凈化器。它包括等離子體反應器、脈沖電源、風機組件、控制裝置、電源聯接器和外殼，反應器內設有若干條鎳鉻金屬絲或金屬帶的正電極，兩端固定在阻止微放電導電軌上對應的凹槽內；脈沖電源設有數字控制電路，內設振蕩器、誤差放大器和PWM比較器，轉換成數字控制電流后控制高壓脈沖寬度。本實用新型有效阻止反應器的微放電現象，延長了工作壽命，高壓脈沖電增強等離子體濃度，提高空氣消毒凈化效率，而且節能。它廣泛用于工廠潔凈室、醫院手術室、隔離病房等潔凈度要求高的場所；也可用于辦公大樓、影劇院、火車、汽車、地鐵、輪船等公共場所的空氣消毒凈化。
文檔編號B01D53/86GK201586249SQ20092021597
公開日2010年9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 申請人:周云正