CN100379461C - 一种无臭氧聚簇阴离子装置 - Google Patents

一种无臭氧聚簇阴离子装置 Download PDF

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Abstract

本发明要求了一种无臭氧聚簇阴离子装置，它附着到空气净化器或空气调节器内，生成阴离子。电子一般将一种金属和气体之间的接口视为一个屏障，要将一个电子放出到屏障外，应该施加比限制该电子的能量高的能量。换句话说，要求一个高于电子限制能量的电场。在电场变高的情况下，隧道效应出现，在这种情况下电子具有波的属性并且穿透一种金属和一种电介质(空气)之间的薄能量屏障，而不是忽略它。一般认为隧道效应发生在能量屏障的厚度低于100[]的情况下。在一种金属和气体之间的接口上，隧道效率出现在充电的电场约为107～108[V/cm]的情况下，以生成一个几μA的电流。但是，在一段细线或尖点的情况下，隧道效应会发生在低至2—5kV的电压处。具体地说，本发明由阴离子生成部件和电源部件组成，其中阴离子生成部件具有带无数尖利的凸起的金属纤维(MF)的形式，并且该阴离子生成部件由扭绞得像一条绳子的以下部分组成：铂、不锈钢、铜、银、锌、镍、锰和钨八种金属的合金、带自由电子的导电织物、导电树胶和半导电树胶。本发明采用的MF的表面上具有无数针。由于当MF被充上电能时，针在低于一般电离势能的能量下释放电子到空气中。在这种情况下环境水分由于水分附着而影响它。从针发射出的电子附着到中性粒子，例如氧和其他(氧具有非常高的电子亲合势[-135KJ/摩尔])，将它们变成阴离子。在这种情况下，阴离子的质量渐渐变得比电子大，并且它们的移动速度下降，这不仅是为了降低电导率，也是为了不离子化其他中性粒子。因此，本发明要求在不生成臭氧(O3)的情况下生成阴离子。

Description

一种无臭氧聚簇阴离子装置
技术领域
本发明涉及安放在空气净化器或空气调节器内的生成阴离子的无臭氧阴离子装置。
背景技术
电子一般将一种金属和气体之间的接口视为一个屏障，要将一个电子放出到屏障外，应该施加比限制该电子的能量高的能量。换句话说，要求一个高于电子限制能量的电场。在电场变高的情况下，隧道效应出现，在这种情况下电子具有波的属性并且穿透一种金属和一种电介质(空气)之间的薄能量屏障，而不是忽略它。一般认为隧道效应发生在能量屏障的厚度低于100[]的情况下。在一种金属和气体之间的接口上，隧道效率出现在充电的电场约为107～108[V/cm]的情况下，以生成一个几μA的电流。但是，在一段细线或尖点的情况下，隧道效应会发生在低至2-5kV的电压处。
具体地说，本发明由阴离子生成部件和电源部件组成，其中阴离子生成部件具有带无数尖利的凸起的金属纤维(MF)的形式，并且该阴离子生成部件由扭绞得像一条绳子的以下部分组成：铂、不锈钢、铜、银、锌、镍、锰和钨八种金属的合金、带自由电子的导电织物、导电树胶和半导电树胶。本发明采用的MF的表面上具有无数针。由于当MF被充上电能时，针在低于一般电离势能的能量下释放电子到空气中。在这种情况下环境水分由于水分附着而影响它。从针发射出的电子附着到中性粒子，例如氧和其他(氧具有非常高的电子亲合势[-135KJ/摩尔])，将它们变成阴离子。在这种情况下，阴离子的质量渐渐变得比电子大，并且它们的移动速度下降，这不仅是为了降低电导率，也是为了不离子化其他中性粒子。因此，本发明旨在在不生成臭氧(O3)的情况下生成阴离子。
现今空气净化器已经变成生活必需之一，向把大部分时间花在室内(例如办公室、起居室或卧室)的人们提供洁净的空气。
为了对健康有利，空气必须没有各种有害成分和气味不好的物质，并且具有充分的阴离子，但是实际的空气质量却由于通风不足而远远不满足要求，因为大多数现代建筑为了提高能量效率都具有封闭的结构。由于该原因，除了从各种家用电器生成的一种新的电磁波污染物外，总有从建筑材料、细菌和病毒生成的室内VOC。许多研究员表明这些污染物带有阳离子，这降低了空气中阴离子的密度，从而恶化了舒适度、物理环境和精神集中度，以及引起各种疾病。
这意味着应该通过净化房间空气和强制供应阴离子来紧急恢复空气的离子平衡。阴离子普遍通过放电、电子发射和水波的方法被生成，目前最流行的方法是通过应用电集尘原理来生成阴离子。但是，电集尘原理具有多方面的缺点，因为在生成阴离子的过程中它通过高电场生成有害的臭氧和电磁波，并且几乎不生成与自然阴离子最接近的聚簇阴离子(cluster anion)。此外，要生成阴离子，它要求相对大的尺寸。电子发射方法要求脉冲能量，因为它需要高能量来将电子释放到空气中，即使性能相对较差，它也要求复杂的结构。通过分裂水滴生成阴离子的水波方法，要求比其他方法更大的尺寸，并且生成低价值的阴离子。与这些方法相比，本发明在低能量下生成阴离子，这受惠于其材料的独特属性。已经知道阴离子对副交感神经有影响，从而缓解我们的压力，并且通过增加免疫力来保护我们不受疾病侵害。还已经知道它有效地去除空气污染物。
涉及一种聚簇阴离子装置的本发明按以下方法生成阴离子：
如图1a和图1b所示，现有的阴离子装置在针状电极(1)和平板电极(2)之间有一个空隙，并且高电压的电流被提供给针状电极(1)，平板电极(2)被接地，以生成阴离子。
具体地说，如果一个高于一定大小的电压被加到一个非导体，则该非导体变成一个导体，该现象被我们称为电击穿，并且同时发生的电流被称为放电。
如果施加在针状电极(1)和平板电极(2)之间的DC电压被逐渐升高，则电击穿发生在针状电极尖端周围的空气中，发射出微光，如图1所示。
我们把流动在两个电极之间的约μA(10-6A)的电流称为电晕放电。同样的放电部分发生在液体或固体中，我们将其统称为部分放电。如果我们继续升高电压，在一个特定的值处，电击穿发生在整个电极间的电场中，其中电极被连接到一个高度导电放电路径，以引起电流冲击。我们把这个现象称为完全击穿或跳火，并且把发生完全击穿的电极间电压称为击穿电压。
如果完全击穿发生在空气中，则很容易在电极间发送一个电流，这意味着许多电子或离子已经被生成在放电空间中。这些带电的粒子已被电离生成，电离是指这一现象：被外部能量激励的原子或分子在释放电子后变成阳离子，其中电子在被外部能量激励之前作为核外电子被束缚在核周围。电离发生在气体分子和高速电子碰撞时，或者一种气体被加到短波射线时，或者气体分子碰撞时。
一个原子是由原子核和一个(或多个)绕核旋转的核外电子组成的。核外电子处于接近核的轨道上，这被称为基态。如果一个处于基态中的原子被加到外部能量中，正如与其他粒子碰撞或射线放射的情况那样，则核外电子转移到高于基态的能级(即外层轨道)，它被称为激发，并且激发所需的能量被称为激发能量。如果一个原子被加到一个更大的外部能量中，则核外电子将自己从核的束缚中释放出来，成为自由电子，原子变成一个阳离子。这就是前述电离的过程，电离的最小能量被称为电离能量或电离势能。
正负带电粒子结合并返回中性粒子的现象被称为复合，复合被分为电子与阳离子的复合，以及阴离子与阳离子的复合。在所述的复合中，阴离子和阳离子的复合更容易发生，因为阴离子的速度比阳离子的速度慢得多，并且阴离子离阳离子近，以便具有更多的交互机会。这类气体被称为电负气体，比惰性气体少一个外围电子的卤素(F、CI、Br、I)，它们的化合物，或者包含氧气的氧气、空气和水蒸气属于这类气体。
通过气体分子和自由电子的结合生成阴离子被称为电子附着。在空气中放电的情况下，以下现象发生：
E+O2→O+O-
O2+O-→O3
现有的空气净化器按照以上所示的形式执行放电，并且在该过程中，生成臭氧(O3)，这是一种对人致命的有毒物质。一种强氧化物，臭氧，作为产生阴离子的气体放电过程中的副产物被产生。
以下对通过无声放电生成臭氧的图示详细显示了该过程：
O2+e-→O+O+e-
O+O-→O2
O+O2+M→O3+M
O2+O2→O3+O.
如上所示，氧气通过放电变成臭氧，并且产生的臭氧与空气污染物反应，以减少氧气。尽管有某些有利的作用，但是臭氧对人仍有致使的影响。
作为一种氧化剂，臭氧不留下有害残余，并且以强效消毒细菌和病毒。除了强力的漂白效果外，它还与诸如香烟的烟尘这样的臭气体和有害有机物质反应，将它们变得无害。
臭氧立刻将氧气的三个原子之一变成其他物质，并且很强的趋于氧化所有物质，有机的和无机的。
以同样的原理，臭氧影响人体。它与皮肤上的有机物质结合，并且生成有害物质，以引起致命的问题。例如，它可能破坏肺细胞，以恶化呼吸能力，并且更坏的是，它可能损害细胞核里的基因，通过DNA突变引起癌症。诸如角膜这样的脆弱组织尤其易受臭氧影响。
在已知会严重影响儿童、老人和虚弱的人和心脏病患者的情况下，臭氧是如此危险的一种气体，以至于许多研究员报告臭氧密度超过7％将使死亡率上升7％。由于该原因，许多国家强力控制臭氧密度，如下所示：
日本工业健康：0.06(8小时平均)/0.12(1小时平均)
韩国环境部：0.06(8小时平均)/0.1(1小时平均)
OSHA(职业安全健康协会)：0.1(8小时平均)/0.3(15-30分钟)
臭氧对人体的影响
  臭氧(ppm)   对人体的影响
  0.01-0.03   有轻微气味
  0.1   强烈气味，刺激鼻部和咽喉
  0.2-0.5   暴露3-6小时可能损害视力
0.5   对呼吸器官包括导气管引起确定的刺激
1-2   引起头痛和呼吸器官粘液。反复暴露可能会引起慢性症状
  5-10   加速脉搏并且引起肺水肿
  15-20   小型动物可能在两小时内死亡
  50   一小时内人类生命有危险
臭氧在0.01-0.03ppm的密度下开始发出独特的有点腥臭的气味，某些人觉得该气味恶心。由于此独特的气味许多人把阴离子和臭氧混淆了起来，但是实际上，阴离子无色、无嗅且无味，并且已知它是对健康有利的。该混淆是由于常规阴离子装置同时生成阴离子和臭氧而产生的。
当前的通过无声放电生成阴离子的方法不可避免地在产生阴离子的过程中产生臭氧作为副产品，并且它有如下问题：在降低臭氧产量的情况下，它也降低阴离子产量。大多数当前的附着到空气净化器的阴离子装置按这种方法生成阴离子。
已经报告了许多这样的情况，即长时间暴露到产生自空气净化器的臭氧的人感到恶心并且在某些情况下甚至呕吐。尤其对孕妇、老人、虚弱者和儿童来说它可能是致命的。
由于上述原因，许多国家的政府严格控制臭氧的生成，因此急需开发替代当前的阴离子装置的装置。
发明内容
本发明计划提供能够解决上述问题的无臭氧聚簇阴离子装置。
本发明由阴离子生成部件和电源部件组成，其中阴离子生成部件具有带无数尖利的凸起的金属纤维(MF)的形式，并且该阴离子生成部件由扭绞得像一条绳子的以下部分组成：铂、不锈钢、铜、银、锌、镍、锰和钨八种金属的合金、带自由电子的导电织物、导电树胶和半导电树胶。本发明采用的MF的表面上具有无数针。由于当MF被充上电能时，针在低于一般电离势能的能量下释放电子到空气中，因此本发明旨在生成阴离子而不生成臭氧(O3)的无臭氧聚簇阴离子装置。本发明的另一个目的是为臭氧的控制问题提供了一个解决方案，因为它与常规阴离子装置不同，在生成阴离子的过程中不产生副产品臭氧。
附图说明
图1a和1b是现有的空气净化器的阴离子装置采用的原理的图示。
图2是本发明的阴离子装置的成分的图示。
图3是本发明的阴离子装置的主要成分的细节图示。
图4是本发明的阴离子装置的工作的介绍的图示，它允许通过水分生成聚簇。
图5是本发明的阴离子装置的介绍的图示，它显示了聚簇(消电离)生成的过程。
＊图示的主要部分的附图标记的描述＊
1：针状电极                     2：平板电极
11：阴离子装置的主体            12：阴离子生成部件
13：电源部件                          14：DC高电压连接电缆
15：用于阴离子生成的高电压部件        16：电源入口
具体实施方式
本发明的上述和其他用途和特征可通过附图更明确地呈现出来。
图2是本发明的阴离子装置的构成的图示，图3是本发明的阴离子装置的主要构成的细节图示。图4和5是本发明的阴离子装置的工作的介绍的图示，分别显示了通过水分生成聚簇和聚簇(消电离)生成过程。
如图2所示，由阴离子生成部件12和用于阴离子生成的高压部件15组成的无臭氧聚簇阴离子装置，通过将来自高压部件15的高压加到阴离子生成部件12，以生成阴离子。
纤维形式的阴离子生成部件12缠绕阴离子部件的主体11，并且正常电源13被连接到阴离子生成部件12的一端以供应DC高压。
用于阴离子生成的高压部件15将供应的AC和DC电能转换成DC高压，并且通过DC电压连接电缆14被连接到电源13。
以下详细介绍阴离子生成部件：
如图3所示，阴离子生成部件12由扭绞得像一条绳子的以下部分组成：铂、不锈钢、铜、银、锌、镍、锰和钨八种金属的合金、带自由电子的导电织物、导电树胶和半导电树胶。
被加上电能后，阴离子生成部件12通过一个给定的电阻释放电子到空气中，为了安全没有火花放电。
具有纤维形式的阴离子生成部件12的放大的表面显示无数的发光的杆状形状，它们提供了宽的表面面积，这一点允许了以非常低的电能放电。
以下是对抑制臭氧生成的机制的详细介绍。
如果电子通过无数杆状体被发射到空气中，占空气21％并且具有除氢气外最大的电子亲合势的氧气，吸收电子，并且由于电子电荷变成阴离子。在该过程中，环境水分与阴离子结合，以产生分子聚簇。
以下公式显示小聚簇离子的形成机制：
e+O2→O2 -+H2O→O2 -(H2O)n
图4是描绘通过水分生成阴离子(O2 -)的过程的略图。
部分发射出的电子发射电子离子，电子离子即刻产生核，并且吸收环境气体分子，以变成小离子，这些小离子结合变成一个聚簇。
这些小离子和电子，如果与比如尘埃、污物或烟雾这样的微粒子附着，就变成聚簇离子，它看起来像一个小离子，但是质量是小离子的几百倍。图6是描绘聚簇离子的形成过程的略图。
由于这些原因，本发明旨在生成对人有益的阴离子但不生成臭氧的无臭氧聚簇阴离子装置。与自然离子最相似的聚簇离子，比任何离子在空气中停留的时间都更长，并且移动得更远，而由现有阴离子装置生成的伴随臭氧的离子是一旦生成就被中和的一类电子。
本发明的详细介绍已被限制到某些具体例子，但是在所述技术范围内对本发明的不同更改和修正无疑是可能的，并且这种更改和修正自然属于本发明的专利的权利要求书。
工业应用
无臭氧聚簇阴离子装置的本发明使得人们能够在室内轻松呼吸并且舒适地休息，从而通过增加对疾病的物理抵抗保护人们不受疾病侵害，因为它能在不生成对人有害的臭氧的情况下稳定地生成大量阴离子。
本发明，一种生成无臭氧的对人有益的阴离子的装置，在从根本上限制通过常规方式放电中不可避免的臭氧生成方面尤其有用。
此外它是一种用于由于阴离子生成过程中生成的臭氧而产生的臭氧控制问题的解决方案的装置，因为它不生成臭氧。

Claims (2)

1.一种无臭氧聚簇阴离子装置，包括阴离子生成部件(12)和电源部件(15)，所述电源部件(15)通过电缆(14)给阴离子生成部件(12)提供DC高电压以产生阴离子；其特征在于
阴离子生成部件(12)包括具有无数尖利凸起的金属纤维。
2.根据权利要求1所述的无臭氧聚簇阴离子装置，其中
所述阴离子生成部件(12)由扭绞得像一条绳子的铂、不锈钢、铜、银、锌、镍、锰和钨八种金属的合金、带自由电子的导电织物、导电树胶和半导电树胶组成。
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