CN100420111C - 用于产生离子的陶瓷电极结构和使用它的离子发生装置 - Google Patents

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Abstract

一种陶瓷电极结构，其被设计为具有改进的电极结构，其中感应电极的面积大于放电电极的面积。高压矩形脉冲被施加到改进的陶瓷电极结构上，从而提高了离子发生效率，并有效地抑制了臭氧的产生。

Description

用于产生离子的陶瓷电极结构和使用它的离子发生装置
技术领域
本发明涉及用于产生离子的陶瓷电极结构和使用该陶瓷电极结构的离子发生装置，更具体而言，本发明涉及一种用于产生离子的陶瓷电极结构，其被设计成具有改进的电极结构，从而增强离子发生装置的性能，以及使用该陶瓷电极结构的离子发生装置。
背景技术
离子发生装置应用于空气清洁器、空调器、加湿器等。
一般来说，当交流电流施加到离子发生装置时，离子发生装置产生正离子和负离子，生成羟基(OH)或过氧化氢(H2O2)。接着，这些元素被附加于细菌，导致细菌氧化或产生臭氧，从而杀灭细菌。
日本专利公开出版物2003-36954公开了一种应用于传统离子发生装置的陶瓷电极结构。尽管该文献的装置具有改进的结构以便仅仅有效地产生据说对健康具有积极作用的负离子，然而高频AC(交流)电压施加到装置的放电电极和感应电极，从而产生大量的臭氧。此外，需要进一步提高离子发生性能。
发明内容
考虑到上述和其它问题作出了本发明，本发明的一个方面是提供一种用于产生离子的陶瓷电极结构，其被设计为具有改进的电极结构以进一步提高离子发生性能，并通过对陶瓷电极结构施加矩形脉冲电压来抑制臭氧的产生，以及使用该陶瓷电极结构的离子发生装置。
本发明的其它方面和/或优点部分将在以下的说明中阐述，部分从说明中显而易见，或者可通过实施本发明而得知。
根据本发明，这些和/或其它方面通过提供一种用于产生离子的陶瓷电极结构来实现，所述陶瓷电极结构包括：放电电极；感应电极；和位于放电电极和感应电极之间的陶瓷介电层，其中感应电极的面积是放电电极的面积的2-3.5倍。所述放电电极包括构成电极线的图案框、用于施加电压的电极部分和至少一个放电针。在放电针的远端和感应电极的远端之间的水平距离为1.1-2.5mm
所述陶瓷电极结构还包括陶瓷板，用于牢固地安装感应电极，所述放电电极的面积可为陶瓷板的面积的10-20％。
所述放电针的长度可为图案框的厚度的1或2倍，所述放电针可具有40-60度的顶锥角。
所述图案框可具有0.5-1mm的厚度。
所述图案框可具有这样的几何形状，其中多边形互相邻接。
所述电极可具有20-40pF的电容。
在稳定状态下施加到电极上的高压大于初始施加到电极上的操作电压。
所述高压是操作电压的1.2-1.5倍。
根据另一个方面，离子发生装置包括：具有多个电极的电极结构，用于通过等离子放电产生离子；和矩形脉冲发生部分，用于对多个电极施加高压矩形脉冲，其中所述多个电极包括放电电极和感应电极，所述感应电极的面积是放电电极的面积的2-3.5倍。所述放电电极包括构成电极线的图案框、用于施加电压的电极部分和至少一个放电针。在放电针的远端和感应电极的远端之间的水平距离为1.1-2.5mm。
施加到电极的矩形脉冲电压在稳态下可高于初始状态下的电压。
附图说明
通过以下结合附图对本发明的实施例的描述，本发明的上述和/或其它方面和优点将变得更加明显和更易于理解。
图1是根据本发明的一个典型实施例的用于产生离子的陶瓷电极结构的透视图；
图2是平面图，示出了根据本发明的一个典型实施例的陶瓷电极结构的一部分；
图3a-3e示出了在实验中使用的放电电极的模型D1-D5；
图4中的表示出了用于图3a-3e的实验中的陶瓷电极结构的尺寸及其实验结果；
图5和6是描绘图4的实验结果的图形表示；
图7示出了符合本发明的感应电极的另一个典型实施例：
图8示出了根据本发明的一个实施例的离子发生装置；和
图9示出了使用根据本发明实施例的离子发生装置杀灭细菌的操作。
具体实施方式
以下将详细说明本发明的实施例，其例子在附图中示出，其中相同的附图标记在全文中表示相同的元件。以下对实施例的描述旨在参照附图说明本发明，而不是为了以任何方式限制本发明的范围。
参照图1，根据本发明的一个典型实施例的用于产生离子的电极结构1包括陶瓷涂层2、放电电极4、陶瓷介电层3、感应电极6和陶瓷板5，它们按照上述顺序从上到下层叠。覆盖放电电极4的陶瓷涂层2保护放电电极4的表面，陶瓷介电层3设置在放电电极4和感应电极6之间，从而使放电电极4和感应电极6互相绝缘。
图2的平面图示出了根据本发明的一个典型实施例的陶瓷电极结构的一部分。
参照图2，感应电极6被牢固地安装在陶瓷板5上，并在其上安装有陶瓷介电层3，所述陶瓷介电层3上安装有对应感应电极6的放电电极4。由于放电电极4和感应电极6用电导体钨印刷，因此施加到电极两端的高压引起电晕放电，从而产生离子。放电电极4包括构成具有几何形状的电极线的图案框4c、在图案框4c的一侧上形成的电极部分4a和多个放电针4b。
与决定离子发生效率的放电电极4有关的各个部件将在下面进行描述。首先，放电电极4的面积是陶瓷板5的面积5a×5b的10-20％。图案框4c具有0.5-1.0mm的厚度。每个放电针4b的长度是图案框厚度的1到2倍，并具有40-60度的顶锥角。在每个最外侧放电针4b的远端和感应电极6的远端之间的水平距离4e是1.1-2.5mm。此外，图案框4c具有如下几何形状，其中多边形互相邻接，并形成有多个放电针4b。
同时，关于图3a所示的第一模型D1、图3b所示的第二模型D2、图3c所示的第三模型D3、图3d所示的第四模型D4以及图3e所示的第五模型D5，进行实验以说明感应电极与放电电极的面积比与离子发生效率之间的关系、陶瓷板的总面积、感应电极与放电电极的面积比与离子发生效率之间的关系、放电电极4的面积、感应电极6的面积以及离子发生效率之间的关系，以及初始施加到电极上的操作电压、在稳定状态下施加到电极的高压和离子发生效率之间的关系，等等，实验结果在图4-6中示出。
根据实验结果，第四模型D4和第五模型D5显示了显著提高的离子发生效率。作为共同应用于模型D4和模型D5的条件，放电电极具有40-80mm2的面积，感应电极与放电电极的面积比为2-3.5。初始施加到电极的操作电压为2.4KV或以上，高压为3.0KV或以上。优选较低的操作电压，高压是所述操作电压的1.2-1.5倍。
如图7所示，如果槽6b形成在板状感应电极6的主体6a上，则感应电极6可被用作优选的陶瓷电极结构，只要感应电极6满足上述条件。
如图8所示，具有如上结构的陶瓷电极结构1可被应用于离子发生装置。
离子发生装置包括支撑板11、位于支撑板11一侧的陶瓷电极结构1、位于支撑板11另一侧的针状电极12、连接到电导线的矩形脉冲发生部分14，所述电导线分别连接到陶瓷电极结构1的放电电极4和感应电极6，以及包括连接到针状电极12和接地的另一电导线的直流电源装置13。
直流电源装置13将预定的DC电力(DC 12V)供给矩形脉冲发生部分14。这时，矩形脉冲发生部分14将直流电源转换成矩形脉冲电压，并升高(boost)矩形脉冲电压。接着，矩形脉冲发生部分14通过导线在放电电极4和感应电极6之间施加升高的高压矩形脉冲。当高压矩形脉冲被施加到陶瓷电极结构1上时，抑制了臭氧的产生。接着，直流电发生部分13将直流电源的极性改变为负极性，同时升高直流电，并将负极性的被升高直流电施加到针状电极12上。
在高压矩形脉冲被施加到陶瓷电极结构1的情况下，并且直流电源被施加到针状电极12上时，如图9所示，氢离子H+在陶瓷电极结构1处产生，电子和过氧离子O2 -在针状电极12处产生。在陶瓷电极结构1处产生的氢离子H+和从针状电极12放出的电子起反应，生成氢原子。
这样，当氢原子和过氧离子O2 -被形成时，形成过氧氢自由基(O-O-H)。过氧离子O2 -的电子被细菌的静电偏移。过氧氢自由基从表示细菌的细胞膜的结构组份的蛋白质中取走氢原子，从而形成水。被取走氢原子的细胞膜的蛋白质分子被破坏，细胞膜也被破坏，从而进行消毒。
从上面的描述中很明显，根据本发明的实施例，陶瓷电极结构具有改进的形状，提高了离子发生效率，从而显著增加离子发生性能，高压矩形脉冲被施加到陶瓷电极结构上，从而有效地抑制臭氧的发生。
尽管已经参照本发明的典型实施例特别示出和描述了本发明，但本发明并不局限于这些实施例。本领域的技术人员将会理解，在不偏离本发明的原理和实质的情况下可对这些实施例进行改变，其范围限定在权利要求及其等同物中。

Claims (10)

1. 一种用于产生离子的陶瓷电极结构，包括：放电电极；感应电极；和位于放电电极和感应电极之间的陶瓷介电层，
其中感应电极的面积是放电电极的面积的2-3.5倍；
所述放电电极包括构成电极线的图案框、用于施加电压的电极部分和至少一个放电针；
在放电针的远端和感应电极的远端之间的水平距离为1.1-2.5mm。
2. 根据权利要求1所述的陶瓷电极结构，其特征在于，所述陶瓷电极结构还包括陶瓷板，用于牢固地安装感应电极，所述放电电极的面积是陶瓷板的面积的10-20％。
3. 根据权利要求1所述的陶瓷电极结构，其特征在于，所述放电针的长度为图案框的厚度的1或2倍，所述放电针具有40-60度的顶锥角。
4. 根据权利要求3所述的陶瓷电极结构，其特征在于，所述图案框具有0.5-1mm的厚度。
5. 根据权利要求1所述的陶瓷电极结构，其特征在于，所述图案框具有这样的几何形状，其中多边形互相邻接。
6. 根据权利要求1所述的陶瓷电极结构，其特征在于，所述放电电极和感应电极具有20-40pF的电容。
7. 根据权利要求1所述的陶瓷电极结构，其特征在于，在稳定状态下施加到放电电极和感应电极之间的高压大于初始施加到放电电极和感应电极之间的操作电压。
8. 根据权利要求7所述的陶瓷电极结构，其特征在于，所述高压是操作电压的1.2-1.5倍。
9. 一种离子发生装置，包括：具有多个电极的电极结构，用于通过等离子放电产生离子；和矩形脉冲发生部分，用于对多个电极施加具有矩形脉冲的高压，
其中所述多个电极包括放电电极和感应电极，所述感应电极的面积是放电电极的面积的2-3.5倍；
所述放电电极包括构成电极线的图案框、用于施加电压的电极部分和至少一个放电针；
在放电针的远端和感应电极的远端之间的水平距离为1.1-2.5mm。
10. 根据权利要求9所述的离子发生装置，其特征在于，施加到放电电极和感应电极之间的矩形脉冲电压在稳态下高于初始状态下的电压。
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