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：
本發(fā)明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。
背景技術(shù)：
隨著人類文明進步，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 嚴重軍團菌、葡萄球菌及支原體之類細菌及其各種各樣的病毒；各種類型的揮發(fā)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(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)時有發(fā)生。尤其是當前的 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，隨空氣流動而擴散，被感 染者因吸入這種空氣而致?。辉偈秋w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 均能高效殺滅細菌，降解揮發(fā)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(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，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“細線容易斷線的缺陷極大地 影響了裝置的可靠性。”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。原因是等離子體反應器正、負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)明人反復試驗研究表明介電常數(shù)高的絕緣材料對隔離高電位的正、負極有 好處，致命弱點是在等離子體反應器內(nèi)就會產(chǎn)生微放電現(xiàn)象；其次是隨著工作時間增加，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器的外加電源電壓，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(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器的放電正電極選用細 金屬絲容易被燒斷的根源所在。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(chǎn)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(zhì)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是容性負載，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，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。鑒于目前半導體功率開關(guān)器件的導通和關(guān)斷時間是uS級， 采用常規(guī)的設(shè)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(guān)器件價格昂貴，而且工作壽命短，設(shè)計在民用產(chǎn)品上是不 切實際的。上述兩個關(guān)鍵點正是業(yè)內(nèi)人士最為關(guān)注的，集中研究的焦點；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促進有機物分解的光半導體物質(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(zhì)與部分無機物質(zhì)，產(chǎn)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(zhì)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(jié)果表明光觸媒對常見的細菌的殺滅率在99%以上。但是，目前的二氧化 鈦(TiO2)光催化凈化技術(shù)單獨使用時，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，同時也彌補了高壓靜電集塵殺滅細菌和分解有機物效果 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)空氣復合污染的裝置》的獨立權(quán)項是這樣描述的一種長效凈化室內(nèi)空氣復合污染的裝 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(shè)有進氣 口，后部下端設(shè)有出氣口，殼體內(nèi)靠近出氣口設(shè)置風機；殼體內(nèi)靠近進氣口設(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 機前設(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，高壓電源負極與高壓靜電 放電極相連。該發(fā)明的優(yōu)點是光催化和靜電集塵互補，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。再如專利號為0325102. 8，實用新型名稱《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產(chǎn)生“電暈放電”，因為所 說的陶瓷層是絕緣材料，紫外線當然也不會產(chǎn)生。該實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
本發(fā)明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
O為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(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，包括等離子體反應器、脈沖電 源、風機組件、進風口、出風口和外殼。進風口設(shè)有初效空氣過濾器和中效空氣過濾器，出風 口設(shè)有初效空氣過濾器，等離子體反應器和風機組件設(shè)置在氣流之中。所述的等離子體反 應器內(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對 應的凹槽或凸部中，阻止微放電導電軌是由鋁棒或不銹鋼條制成，阻止微放電導電軌的兩 端再與正交設(shè)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(shè)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。所述的負電極是表面氧 化處理的鋁板制成，負電極的兩面敷設(shè)納米級Ti02。所述的脈沖電源是單獨安裝在另一殼體內(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器與風機組件之間還可以設(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. 10mm。優(yōu)先地風機組件中設(shè)有鋸齒狀邊緣風葉的低噪聲風機，鋸齒高度是4-8mm，齒間 距離為5—10mm。優(yōu)先地所述的脈沖變壓器設(shè)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(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。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的有益效果本發(fā)明將等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合，是優(yōu)勢互補，強強聯(lián)合。本發(fā)明所設(shè)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(shè) 置在反應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端面與阻止微放電導 電軌表面相接觸，所以與現(xiàn)有技術(shù)相比，其微放電效應被阻止，不會影響等離子體反應器正 常工作，使用壽命可達八年以上。同時，使每根鎳鉻絲或金屬帶在直流強電場中作穩(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。本發(fā)明所設(shè)計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)動電流，在呈容性的等離子體反應器工 作中不會出現(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，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(fā)生器 在關(guān)斷時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，上升時間70nS的窄脈沖高壓電暈放電電流；再是當?shù)入x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(fā)生器關(guān)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(guān)管工作是安全的，保護電路作輔助用，可靠性高，開 關(guān)管可以選用耐壓600V的普通功率半導體管。特別強調(diào)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(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?shù)入x子體反應器作電暈放電時，反應區(qū)發(fā)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(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。本發(fā)明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。本發(fā)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。同時具有除塵、去血腥、去異味、降解甲 醛、煙霧和TVOC等有機廢氣的功能。經(jīng)實測在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100%。甲醛降解率98. 7%，懸浮粒子數(shù)彡350個/L(Φ彡0.5 μ m)，空氣中留 存臭氧量< 0. 05mg/m3。節(jié)能是顯而易見的本發(fā)明在IOOm3室內(nèi)達到醫(yī)院II類環(huán)境消毒標準的消耗功率為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，本發(fā)明實現(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。可見，本發(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)生預想不到的技術(shù)效果。


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2是本發(fā)明等離子體反應器正面視圖3是本發(fā)明空氣消毒凈化器的工作示意圖4是本發(fā)明的脈沖電源電原理圖5是本發(fā)明的脈沖變壓器結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明的脈沖變壓器電路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
5-進風口6-出風口8-外殼
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201-EMC濾波器
202-整流電路203-濾波電路204-脈沖發(fā)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-多槽絕緣線圈骨架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
401-初效空氣過濾器402-中效空氣過濾器403- 二氧化鈦催化板
具體實施例方式下面參照附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的詳細描述。實施例1 圖1是本發(fā)明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是本發(fā)明等離子體反應器正面視圖。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 應器1、脈沖電源2、風機組件3、進風口 5、出風口 6和外殼8。進風口 5設(shè)有初效空氣過濾 器401和中效空氣過濾器402，出風口 6設(shè)有初效空氣過濾器401。等離子體反應器1和風 機組件3設(shè)置在氣流之中，等離子體反應器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上對應的凹槽或凸部中，凸部可以 設(shè)計成金屬梢釘或者是不銹鋼彈性片。阻止微放電導電軌103的兩端再與正交設(shè)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(shè)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(shè)納米級Ti02。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上對應位置的凹槽或凸部中予以定位。本發(fā)明所設(shè)計的正電極金屬支架104外緣設(shè)有內(nèi)孔徑4. Imm的阻止微放電導電軌 固定圈107，等距離隔開相鄰的阻止微放電導電軌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(shè)定。本例導電軌固定圈107設(shè)計為18-25mm。本發(fā)明所設(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組件，共計η組(η為100以下整數(shù))；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 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. IOmm0圖4是本發(fā)明的脈沖電源電原理圖。脈沖電源2是單獨安裝在另一殼體內(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?shù)入x子體反應器1工 作時被損壞、老化、短路時的異常狀態(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，實現(xiàn)自動保護。同樣，當?shù)入x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(guān)管導通時間，實現(xiàn)自動調(diào)整脈沖電源輸出功率。本發(fā)明所述的脈沖發(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?？旎謴投O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)斷時產(chǎn)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(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(lián)。
本發(fā)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(fā)生器204逆變。當脈 沖發(fā)生器204中的開關(guān)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(guān)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?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 應器1作電暈放電。實施例2 圖3是本發(fā)明空氣消毒凈化器的工作示意圖。所述的等離子體反應器1與風機組 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。實施例3 本發(fā)明所述的風機組件3中設(shè)有鋸齒狀邊緣風葉的低噪聲風機，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)風機轉(zhuǎn)速設(shè)計的。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，電壓220V/50Hz，工作電流0. 60A，風量1200m7h時 的噪聲是59. 5dB (A)，換上同樣大小的鋸齒狀邊緣風葉后實測噪聲為54. SdB(A)。實施例4 圖5是本發(fā)明的脈沖變壓器結(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)有高壓導線213與等離子體反應器1的正極連接。脈沖變壓器205設(shè)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(nèi)串聯(lián)而成，只要體積允許，可以是三個、四個甚至五個以上。每段線圈之間設(shè)一高壓快 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(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。高壓快恢復二極管217的耐電壓參數(shù)至 少是12KV，恢復時間小于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205的輸出效率、脈沖上升速率指標不如 鐵基超微晶鐵心優(yōu)越。實施例5 本發(fā)明所述的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C1，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。測試報告顯示本發(fā)明從0. 009—30MHz頻段范圍內(nèi)， 電磁兼容指標符合國內(nèi)外有關(guān)標準規(guī)定。實施例6 本發(fā)明所述的脈沖發(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。本發(fā)明等離子體反應器內(nèi)的催化凈化原理是以高能電子與氣體分子碰撞反應為 基礎(chǔ)。其催化凈化機理包括兩個步驟一是在產(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鍵，同 時還會產(chǎn)生大量的· 0H，· HO2, · 0等自由基和氧化性極強的03，它們與有害氣體分子發(fā)生 化學反應生成無害產(chǎn)物。活性自由基·0Η的氧化電位(2.8eV)比臭氧的氧化電位(2.07eV) 還高出35%，· OH自由基與有機物的反應速度高出幾個數(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)作用機理分析如下H2S+ · OH — HS+H20HS+02+ · OH+ · 0 — S03+H20NH3+ · OH — ΝΗ2+Η20ΝΗ2+02+ · 0 — NO2+H2O實測表明，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?？偟膩碚f，本發(fā)明的電暈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。雖然目前已有大量低溫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，因而深入研究低溫等離子體降解污染物的機理是應用研究方向之一。本發(fā)明空氣中污染顆粒物凈化原理是利用等離子體反應器正電極在高壓脈沖電 源的驅(qū)動下作電暈放電，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，荷電粒子向反應器負電極板遷移，最終沉積在負電極板上。其處理過程分為 三個階段①e+M (氣體分子)一IT ；②+PM(微粒)一(PMM)；③(PMM) _ — PMM (沉積在集塵極上)。靜電集塵是一個物理過程，在這個過程中，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95%以上。本發(fā)明再加上二氧化鈦(TiO2)光催化在等離子體反應器發(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(zhì)與部分無機物質(zhì)，達到殺菌，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。本發(fā)明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(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，使用范圍更廣。以上公開了發(fā)明人設(shè)計和試驗的事實及本發(fā)明的最佳方式，但本發(fā)明的實踐不限 于此。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對本發(fā)明的特征進行各種添加、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施例對本發(fā)明作了進一步說明，并非對本發(fā)明 的限定。在本發(fā)明的技術(shù)理念范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以按上述揭示的發(fā)明所設(shè)計的負 電極板敷設(shè)TiO2、等離子體反應器內(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，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。不言而喻，都屬于本 發(fā)明的技術(shù)理念范圍內(nèi)的，并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越權(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，包括等離子體反應器(1)、脈沖電源(2)、風機組件(3)、進風口(5)、出風口(6)和外殼(8)，進風口(5)設(shè)有初效空氣過濾器(401)和中效空氣過濾器(402)，出風口(6)設(shè)有初效空氣過濾器(401)，等離子體反應器(1)和風機組件(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)上對應的凹槽或凸部中，阻止微放電導電軌(103)是由鋁棒或不銹鋼條制成，阻止微放電導電軌(103)的兩端再與正交設(shè)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(shè)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(shè)納米級TiO2；所述的脈沖電源(2)是單獨安裝在另一殼體內(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器(1)與風機組件(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。
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 于風機組件(3)中設(shè)有鋸齒狀邊緣風葉的低噪聲風機，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(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)最佳設(shè)計用鐵基超微晶鐵心，也可以設(shè)置鐵氧體磁心。
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比較器可以是制成一個模塊，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(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，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。
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。
全文摘要
本發(fā)明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器、脈沖電源、風機組件、進風口、出風口和外殼。進、出風口設(shè)有空氣過濾器，等離子體反應器內(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電軌上對應的凹槽或凸部中。負電極的兩面敷設(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，強強聯(lián)合。具有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、成本低廉。
文檔編號B03C3/04GK101920039SQ200910263790
公開日2010年12月22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