CN101920038A - 潜艇低温等离子体空气消毒净化器 - Google Patents

潜艇低温等离子体空气消毒净化器 Download PDF

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Abstract

本发明潜艇低温等离子体空气消毒净化器，包括等离子体反应器、脉冲电源、风机组件、控制装置、进风口、出风口和外壳，其特征在于等离子体反应器内设有若干条镍铬金属丝或镍铬金属带在同一平面内按等距离平行排列制成的正电极，正电极的两端是固定在阻止微放电导电轨上对应的凹槽或凸部中；铝板制成的负电极的两面敷设纳米级TiO2；脉冲电源内设有脉冲变压器与脉冲发生器内的开关管是单端反激式逆变器设置的。本发明的消毒因子是低温等离子体加激发TiO2所产生的自由基。对于潜艇内的有害气体、核污染颗粒物、挥发性有机化合物、细菌病毒等作全面消毒净化。它的清除核放射性气溶胶、空气消毒净化效率高、可靠性好、抗击能力强、安装使用方便。

Description

潜艇低温等离子体空气消毒净化器
技术领域：
本发明属于空气消毒净化技术领域，具体涉及潜艇低温等离子体空气消毒净化器。
背景技术：
世界各国对潜艇设计都是为了提高战斗力，而潜艇的战斗力是全体艇员与武器装备的结合。众所周知，潜艇出海下潜就关闭升降口，与大气层隔离。因作战、巡逻或训练需要，在海底潜伏航行一、两个月是常事。在潜艇舱室内温度可以达40℃、湿度85％的环境中空气污染严重可想而知：潜艇本身的制造材料、设备运转及上百艇员的活动引起的有害气体、挥发性有机化合物、颗粒物、细菌病毒等。例如蓄电池充放电产生锑化氢和砷化氢气体，机电设备运转会产生一氧化碳、硫化物等，伙房烧菜做饭的油烟及卫生间臭气......。特别是核潜艇，核反应堆运行过程中的裂变产物、排出冷却废水、废气，尽管密封牢固，泄漏是防不胜防的，造成放射性气体、放射性气溶胶污染。它将永久性伤害艇员血液中淋巴球、白血球，血小板减少，使神经系统、血液循环系统受损，免疫力低下。所有这些污染物都将导致艇员头晕、乏力，尤其是感冒病毒之类的空气传播性疾病，最终削弱战斗力。
目前多数厂家用于空气消毒的等离子体反应器放电正极不敢再用金属丝，是因为往往工作不到三、四个月就断丝，无可奈何改用锯齿状及针尖状放电正极，被迫接受产生的等离子体浓度低，所产生的臭氧、氮氧化物等副作用也多的事实，所以它只能用于电子静电吸附型是可想而知的。
经发明人反复试验研究表明：断丝根本原因在于“微放电”！是等离子体反应器正、负电极之间选用的绝缘材料引起所致。介电常数高的绝缘材料对隔离高电位的正、负极有好处，致命弱点是在等离子体反应器内就会产生微放电现象；其次是随着工作时间增加，其表面随大气湿度、尘埃的堆积而造成的漏电、爬弧。介电常数越高的材料，其表面微放电现象愈甚。为了提升消毒净化效果，设计者往往提高等离子体反应器的外加电源电压，是正电极周围形成的强电场，在等离子体的催化作用下导致正电极金属丝与绝缘材料接触区域局部产生微放电。这种微放电现象产生的高能电子对绝缘材料和金属导电材料分子的电离和离解起到直接作用，分解产物是它们的氧化物及水。这就是等离子体反应器的放电正电极选用细金属丝容易被烧断的根源所在。
例如，中国发明专利申请号为200710038821.4，发明名称《拼装积木式窄间距静电场装置》说明书首页就提出：“细线容易断线的缺陷极大地影响了装置的可靠性。”在该发明的技术方案中提出：一种拼装积木式窄间距静电场装置，包括放电极(放电极即为正极)、收尘极(收电极即为负极)和绝缘子，放电极与收尘极间隔平行排列，放电极两端连接放电极连接件，放电极的下部为锯齿状，放电极的上部为管状，锯齿状放电极与收尘极形成收尘区，收尘极两端连接收电极连接件，放电极连接件和收电极连接件分别连接在绝缘子上。
众所周知，细金属丝作电晕放电所产生的等离子体强度是锯齿状或针尖状放电极的二倍以上。该发明的技术方案的放电极改成尖针状电极作静电放电的电子静电吸附型，它只能吸附尘埃；分解有毒有机物能力不及等离子体反应器。现有技术中，等离子体反应器的正电极选用细金属丝容易被烧断的根本原因--微放电效应没有被人发现，对其物理上的原因也不明确，因而也就找不出解决阻止微放电效应的技术方案。宁可牺牲消毒净化效果，以换取消毒净化器的可靠性和工作寿命；摒弃细金属丝正电极而选用锯齿状放电极或针尖状电离极的技术方案是一种偏见。
二氧化钛(TiO2)光催化净化技术是近年来兴起的一种高科技前沿净化技术。光触媒是利用光源做催化反应促进有机物分解的光半导体物质，二氧化钛在紫外光线作用下，光源的能量激发TiO2周围的气体分子产生活性极强的自由基。但是，目前的二氧化钛(TiO2)光催化净化技术单独使用时，光触媒必须依靠紫外线的照射才能产生作用，它必需另设镇流器及紫外线放电灯；而紫外线放电灯寿命仅8000小时，容易损坏，紫外线对人体也有伤害。
潜艇空气污染处理主要仍然采用活性碳过滤吸附，它的净化效果虽好，但存在饱和问题，风阻也大。因此其能耗大、效率低，工作寿命短在所难免。于是改进用氟里昂、液氦或液氮压缩制冷技术处理，总体设备复杂，净化气与废气输送管必须与潜艇各舱室连通，不但工程规模大，能耗更大；再是对于颗粒物及耐寒的细菌病毒还是无能为力。
申请号200510032222.2，发明名称为《一种潜艇废气处理工艺及装置》公开的权利要求书描述的技术方案就是一个例子：一种用于潜艇废气处理工艺的装置，它包括数个置于一个冷阱中废气净化池，连通各废气净化池与各舱室的是废气输送管以及净化气回流管；废气输送管上安装有抽风机，并连接有气体热交换器，净化气回流管上也连接着气体热交换器，各废气净化池与废气输送管、净化气回流管相连接处分别安装有阀门；冷阱与液氦或液氮压缩制冷机通过管道连成一体，液氦或液氮压缩制冷机内安装有热交换器。
该技术方案采用的是液氦或液氮压缩制冷和热交换，优点是不用酸、碱、盐无机物，无二次污染；但是工程大，能耗大，对于颗粒物及耐寒的细菌病毒去除效率低是明显的。特别严重是液氦或液氮压缩罐、废气输送管、净化气回流管的抗冲击力差是不言而喻的，这对于潜艇，尤其是核潜艇是至关重要的。
发明内容：
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷而提供一种空气消毒净化效果好、节能、可靠性好、工作寿命长、抗冲击力强；而且结构简单、安装使用方便的潜艇低温等离子体空气消毒净化器。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
潜艇低温等离子体空气消毒净化器，包括等离子体反应器、脉冲电源、风机组件、控制装置、进风口、出风口、电源连接器和外壳，进风口、出风口设有空气过滤器，等离子体反应器和风机组件设置在气流通道之中，其特征在于所述的等离子体反应器内设有若干条镍铬金属丝或镍铬金属带在同一平面内按等距离平行排列制成的正电极，正电极置于相邻两个负电极中间部位；正电极的两端是固定在阻止微放电导电轨上对应的凹槽或凸部中，阻止微放电导电轨是由铝棒或不锈钢条制成，并作电连通；阻止微放电导电轨的两端设有绝缘物固定在外壳相应位置上；负电极的上、下两端是直接固定在金属制成的反应器外壳上，并作电连通；负电极是表面氧化处理的铝板制成，负电极的两面敷设纳米级TiO2；所述的脉冲电源是安装在外壳内的，脉冲电源内设有EMC滤波器、整流电路、滤波电路、脉冲发生器、脉冲变压器依次序作电连接，脉冲变压器的正、负两个输出端连接等离子体反应器对应的正电极、负电极；脉冲变压器与脉冲发生器内的开关管是单端反激式逆变器设置的。
优先地所述的正电极的镍铬金属丝直径最佳值是0.15--0.20mm，或镍铬金属带最佳宽度是1.0--2mm，厚度是0.06--0.15mm。
优先地所述的风机组件中设有锯齿状边缘风叶的低噪声风机，锯齿高度是4--8mm，齿间距离为5--10mm。
优先地所述的脉冲变压器设有一个多槽绝缘线圈骨架，次级线圈是分三段至五段绕制在多槽绝缘线圈骨架相对应的凹槽内串联而成；每段线圈之间设一高压快恢复二极管217，高压快恢复二极管217的正极接在低电位线包的末端，高压快恢复二极管217的负极接在高电位线包的起始端。所述的初级线圈和次级线圈的内孔中设有磁芯作电磁耦合，磁芯的磁回路中设有磁气隙；所述的磁芯最佳设计用铁基超微晶铁心，也可以设置铁氧体磁心。
优先地所述的EMC滤波器设有差模电感器LI和共模电感器L2两者串联，EMC滤波器输入端并联电容器C1，EMC滤波器输出端并联电容器C2；所述的空气过滤器和空气过滤器靠近外壳侧面设有金属丝网，金属丝网与等离子体反应器的负电极作电连接。
优先地所述的脉冲变压器输出低电位端设有电流检测电路，将检测到的脉冲变压器输出电流信号送入脉冲发生器输入端，脉冲发生器内设有的振荡器、误差放大器、PWM比较器及开关管。
优先地所述的脉冲发生器内设有振荡器、误差放大器和PWM比较器可以是制成一个模块，也可以选用开关电源控制集成电路IC1包括UC3842、SG6848D制成；或数字控制电路和脉冲发生器是合用一块单片集成电路的，三端开关电源IC1包括TOP225或TOP224制成；也可以是用性能更好的单片五端开关电源IC1包括MC33374制成；所述的电流检测电路内设有光耦集成电路IC2的型号是PC817或P721。
优先地所述的外壳内正面设有控制装置，控制装置设空气质量传感器和单片机控制器，空气质量传感器输出端与单片机控制器输入端作电连接，控制装置的输出端与脉冲电源的电源开关及风机组件作电连接；控制装置从上到下设有手动电源开关，风量大、中、小三档转换开关，工作时间控制开关。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
本发明可以结合潜艇内的空调系统直接安装，不改变现有装备。
本发明所设计的等离子体反应器正电极是由若干条镍铬金属丝或金属带固定在阻止微放电导电轨上的，远离绝缘连接物。所以与现有技术相比，其微放电效应被阻止，不会影响等离子体反应器正常工作，正电极不会被微放电效应所电蚀，使用寿命可延长数十倍。同时，使每根镍铬丝或金属带在直流强电场中作稳定的电晕放电，等离子体强度比锯齿状或针尖状放电极提高两倍以上。
本发明所设计的脉冲电源中的脉冲发生器与脉冲变压器是按反激式逆变器设置，获得高频窄脉冲驱动电流，在呈容性的等离子体反应器工作中不会出现打火之类故障。必须说明的是，脉冲发生器与脉冲变压器按反激式逆变器设置，它除了完成升压任务，还使与之连接的等离子体反应器与市电隔离，反应器的负电极和外壳可以直接安全接地，电磁屏蔽性能更好。
同时获得意想不到的有益效果是：反激式逆变器输出的脉冲电流是脉冲发生器在关断时使存储在脉冲变压器初级绕组内的磁能瞬间释放，获得输出18KVP-P，工作频率40KHZ，脉冲宽度4μS，上升时间70nS的直流窄脉冲高压电晕放电电流；再是当等离子体反应器意外短路，由于反激式脉冲变压器的隔离作用，即脉冲发生器关闭时脉冲变压器的次级才导通输出，因而脉冲电源的半导体开关管工作是安全的，保护电路作辅助用，可靠性高，开关管可以选用耐压600V的普通功率半导体管。
特别强调的是等离子体反应器负电极表面氧化处理的铝板制成，Al2O3层面是容易敷设TiO2。氧化处理生成的Al2O3层面薄，仅3--5μm，在18KVP-P窄脉冲高压电场中不影响电晕放电。当等离子体反应器作电晕放电时，反应区发出的蓝光含有紫外线，波长为300--400nm，光强峰值位于357nm。而TiO2的禁带宽度是3.2eV，对应紫外线波长阈值是387.5nm。实验表明TiO2作空气消毒净化时，催化光源波长最好是≤387.5nm，反应区发出的紫外线波长峰值位于357nm是符合这一条件的。这样一来，紫外光源就可省掉，避免了紫外线放电灯损坏、对人体的伤害及紫外光源耗电量大的弊端。
18KVP-P的直流窄脉冲高压加在等离子体反应器正电极与负电极之间，内部形成强静电场，对颗粒Φ≥0.01μm至1μm放射性气溶胶去除率达98％以上。
本发明的消毒因子是低温等离子体加激发TiO2所产生的自由基。
本发明具有广谱杀菌效果：对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草杆菌、白念株菌、霉菌及支原体、乙肝、流感等病毒均有高效的杀灭率。同时具有除尘、降解甲醛、去异味、TVOC和油烟等有毒有害气体的功能。经实测：在20m3密封房间空气中人工喷染的白色葡萄球菌，一台额定功率为7W的本发明工作20min后的杀灭率为99.98％以上，工作40min的杀灭率可高达100％。放射性气体、甲醛降解率98％以上，悬浮粒子数≤350个/L(Φ≥0.5μm)，空气中留存臭氧量≤0.02mg/m3。
总的说来，本发明设有等离子体与二氧化钛优化组合结构，对于潜艇本身的制造材料、设备运转及上百艇员的活动引起的有害气体如：锑化氢、砷化氢气体、一氧化碳、硫化物，挥发性有机化合物、颗粒物、细菌病毒等作全面消毒净化。本发明可以直接挂在潜艇舱室面壁上，提供交流、直流电源都能消毒净化舱室内的空气；具有空气消毒净化效率高、可靠性好、工作寿命长；而且结构简单小巧，又节能。潜艇各舱室可灵活安装，不需要冷阱与压缩机，省去液氦或液氮压缩罐、废气输送管、净化气回流管，抗击能力强--这对于潜艇，尤其是核潜艇是至关重要的。
由此可见，本发明对于现有技术，对于所属技术领域的技术人员来说，是非显而易见的，并能够产生预想不到的技术效果。
附图说明：
图1是本发明潜艇低温等离子体空气消毒净化器的立体图；
图2是潜艇低温等离子体空气消毒净化器的侧面剖示意图；
图3是本发明等离子体反应器立体图；
图4是本发明的脉冲电源电原理图；
图5是本发明的脉冲电源立体结构图；
图6是本发明的脉冲变压器结构示意图；
图7是本发明的脉冲变压器电路图；
图8是本发明脉冲变压器输出高压放电电流波形图；
图9是本发明的电磁兼容、传导干扰测试报告。
主要部件附图标记说明：
1-等离子体反应器         2-脉冲电源              3-风机组件
4-控制装置               5-进风口                6-出风口
7-电源连接器             8-外壳                  9-空气过滤器
10-空气过滤器            12-手动电源开关         13-风量转换开关
14-工作时间控制开关      101-正电极              102-负电极
103-阻止微放电导电轨     104-正电极金属支架      105-绝缘连接物
106-绝缘连接物固定栓     107-导电轨固定圈        108-反应器外壳
201-EMC滤波器            202-整流电路            203-滤波电路
204-脉冲发生器           205-脉冲变压器          206-电流检测电路
211-初级绝缘线圈骨架     212-多槽绝缘线圈骨架    214-初级线圈
215-次级线圈             216-磁芯                217-高压快恢复二极管
218-磁气隙
具体实施方式：
下面参照附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
实施例1：
图1是本发明潜艇低温等离子体空气消毒净化器的立体图；图2是潜艇低温等离子体空气消毒净化器的侧面剖示意图；图3是本发明等离子体反应器立体图。
如图1所示，潜艇低温等离子体空气消毒净化器，包括等离子体反应器1、脉冲电源2、风机组件3、控制装置4、进风口5、出风口6、电源连接器7和外壳8，进风口5设有空气过滤器10，出风口6设有空气过滤器9，等离子体反应器1和风机组件3设置在气流通道之中，其特征在于所述的等离子体反应器1内设有若干条镍铬金属丝或镍铬金属带在同一平面内按等距离平行排列制成的正电极101，正电极101置于相邻两个负电极102中间部位；正电极101的两端是固定在阻止微放电导电轨103上对应的凹槽或凸部中，阻止微放电导电轨103是由铝棒或不锈钢条制成，并作电连通。阻止微放电导电轨103的两端各设一个绝缘连接物105与反应器外壳108相对应的安装孔固定，设定绝缘连接物105的直径比正电极101与负电极102放电距离大3-6mm。
对于大型等离子体反应器，阻止微放电导电轨103数量多的，阻止微放电导电轨103可以再与正交设置在反应器四周的四根正电极金属支架104固定，并作电连通。每根正电极金属支架104的上、下两端各设一个绝缘连接物105与反应器外壳108相对应的安装孔固定，这里的绝缘连接物105直径8--10mm，而长度设定比正电极101与负电极102放电距离大3--6mm。所述的负电极102的上、下两端是直接固定在金属制成的反应器外壳108上，并作电连通。所述的负电极102是表面氧化处理的铝板制成，负电极102的两面敷设纳米级TiO2。阻止微放电导电轨103是由铝棒或不锈钢条制成，若干条镍铬金属丝或镍铬金属带制成的正电极101的两端固定在阻止微放电导电轨103上对应位置的凹槽或凸部中予以定位。这样设计的大型反应器结构紧凑牢固。
本发明所设计的正电极金属支架104外缘设有内孔径4.1mm的阻止微放电导电轨固定圈107，等距离隔开相邻的阻止微放电导电轨103，固定圈的长度按减小同极性电磁场相互屏蔽作用的要求设定。本例导电轨固定圈107设计为18--25mm。
本发明的正电极101的镍铬金属丝直径最佳值是0.15--0.20mm，或镍铬金属带最佳宽度是1.0--2mm，厚度是0.06--0.15mm。这种设计，既获得低的电晕放电电压，又兼顾适当的机械强度。
本发明所设置的正电极101是由若干条镍铬金属丝或镍铬金属带设在同一平面内，并按24mm最佳值等距离排列制成一个组件，共计n组(n为100以下整数)；负电极102是金属板为n+1块；正电极101与负电极102之间的最佳距离是12mm。负电极102的上、下两端是直接固定在金属制成的反应器外壳108上，并作电连通；负电极102是表面氧化处理的铝板制成，负电极102的两面敷设纳米级TiO2。所述的纳米级TiO2是带隙能3.2eV的锐钛矿型催化剂。锐钛矿型催化剂的带隙能高，其杀毒灭菌、降解TVOS效果好。
图4是本发明的脉冲电源电原理图。
脉冲电源2是单独安装在另一壳体内。脉冲电源2内设有EMC滤波器201、整流电路202、滤波电路203、脉冲发生器204、脉冲变压器205依次序作电连接，脉冲变压器205的输出端外接等离子体反应器1。脉冲变压器205输出低电位端设有电流检测电路206，将检测到的脉冲变压器205输出电流信号送入脉冲发生器204输入端，脉冲发生器204内设有的振荡器、误差放大器、PWM比较器及开关管。振荡器、误差放大器、PWM比较器及开关管是设置在一个模块内的，也可以集成在集成电路IC1内，IC1内的开关管D极接脉冲变压器205初级绕组a1端，S极接整流电路202负输出端，控制极C与电流检测电路206内所设的光耦IC2输出端4连接。脉冲变压器205的初级线圈214和次级线圈215的同名端a1、a2和异名端b1、b2是反向设置的。脉冲变压器205与集成电路IC1内的开关管是单端反激式逆变器设置的。
光耦IC2的输入端1脚接地，光耦IC2输入端2脚与脉冲变压器205的次级线圈异名端b2连接，光耦IC2输出端3脚接整流电路202的负输出端，光耦IC2的4脚是输出端。取样电阻R2并联在光耦IC2的输入端。流经取样电阻R2上是脉冲变压器205送至等离子体反应器1的工作电流，由光耦IC2光电转换作电隔离后，将等离子体反应器1的工作电流取样送至脉冲发生器204内的误差放大器和PWM比较器处理。光耦IC2的电源是脉冲变压器205单独设一5V绕组由整流二极管D7单向整流供给。
当等离子体反应器1工作时被损坏、老化、短路时的异常状态信号电流经过处理，PWM比较器的输出脉宽为零，开关管被关闭，实现自动保护。同样，当等离子体反应器1的工作电流因负载大小而变化，PWM比较器的输出脉宽也改变，控制开关管导通时间，实现自动调整脉冲电源输出功率。
本发明所述的脉冲发生器204内设有瞬变二极管D5和快恢复二极管D6反向串联后与初级线圈214并联，瞬变二极管D5的正极与整流电路202的正输出端连接，电容器C6与瞬变二极管D5并连。快恢复二极管D6的正极与开关管漏极连接。瞬变二极管D5吸收脉冲发生器204关断时产生的反向超过阈值的峰值电压，起箝位作用。本实施例当市电电压为220V时，瞬变二极管D5优选1.5KE250A型，工作电流4.2A，限幅电压237--263V。整流电路202是由二极管D1、D2、D3和D4按桥式整流电路连接，电源连接器7可以接入交流或直流电源都能正常工作。滤波电容器C3与整流电路202直流输出端并联，作电源平滑滤波。
实施例2：
本发明所述的风机组件3中设有锯齿状边缘风叶的低噪声风机，锯齿高度是4--8mm，齿间距离为5--10mm，锯齿高度和齿间距离是根据风机转速设计的。外壳8中部设有导风板15，上半部从进风口5到出风口6形成气流通道。风机组件3固定在风机支架16上，用螺钉17拧在外壳8和风机支架16上。导风板15下部设电器箱11，脉冲电源2与控制装置4安装在电器箱11内。
依照仿生学的观点，鸟类翅膀边缘羽毛尖端呈锯齿状，翅膀上下波动与高速气流磨擦噪音是极低的。锯齿状边缘风叶的低噪声风机与同样功率、风量的普通风机对比，平均噪声指标要低3-5dB。一种普通风机外径为150mm，额定电压220V/50Hz，工作电流0.30A，风量420m3/h时的噪声是54dB(A)，换上同样大小的锯齿状边缘风叶后实测噪声为49.6dB(A)。出风口加装空气过滤器，噪声指标还有改善。
实施例3：
图5是本发明的脉冲变压器结构示意图；图6是本发明的脉冲变压器电路图。图中的脉冲变压器205初级线圈214是绕在初级绝缘线圈骨架211内，脉冲变压器205的输出端设有高压导线213与等离子体反应器1的正极连接。脉冲变压器205设有一个多槽绝缘线圈骨架212，次级线圈215是分三段至五段绕制在多槽绝缘线圈骨架212相对应的凹槽内串联而成，只要体积允许，可以是三个、四个甚至五个以上。每段线圈之间设一高压快恢复二极管217，高压快恢复二极管217的正极接在低电位线包的末端，高压快恢复二极管217的负极接在高电位线包的起始端。高压快恢复二极管217将次级线圈215每个线包作高频隔离，绕组的分布电容是按指数下降，有利于提高输出脉冲的上升沿和下降沿的速率；还可以降低对高压快恢复二极管217的反向耐电压要求，既降低成本、又增加工作可靠性，获得意想不到的效果。
一般地说，线圈分三段绕制的绕组分布电容是原来的九分之一左右，线圈分五段绕制的绕组分布电容是原来的二十五分之一左右。高压快恢复二极管217的耐电压参数至少是12KV，恢复时间小于80nS。
所述的初级线圈214和次级线圈215的内孔中设有磁芯216作电磁耦合，磁芯216是铁基超微晶铁心，磁芯216的磁回路中设有磁气隙218。磁气隙218的设置宽度是0.15--0.4mm，是根据工作频率和输出功率予以调整。最佳实施例工作频率38KHz，输出功率7W，磁气隙218设置宽度是0.25mm。所述的磁芯216也可以是R2KD的软铁氧体磁心材料制成。只是软磁铁氧体磁芯的工作磁通密度不高、磁导率偏低，绕组线圈需要增加一倍以上才能达到原来的电感量，这当然会使脉冲变压器205的输出效率、脉冲上升速率指标不如铁基超微晶铁心优越。
图8是本发明脉冲变压器输出高压放电电流波形图。数字式示波器显示表明：脉冲占空比为16％，脉冲宽度是3uS，脉冲上升时间为70nS。本发明脉冲变压器输出高压放电电流波形一致性好，等离子体反应器207的电晕放电稳定。
实施例4：
本发明所述的EMC滤波器201设有差模电感器LI和共模电感器L2两者串联，EMC滤波器201输入端并联电容器C1，EMC滤波器201输出端并联电容器C2。所述的空气过滤器9和空气过滤器10靠近外壳8侧面设有金属丝网，金属丝网与等离子体反应器1的负电极102作电连接。由于本发明脉冲电源设有EMC滤波器201，脉冲变压器205初级线圈的两端设有脉冲限幅电路，脉冲发生器204与脉冲变压器205是按反激式逆变器设置，外接的等离子体反应器1与市电隔离，其外壳接地，电磁屏蔽、安全性能好。
图9是本发明的电磁兼容、传导干扰测试报告。测试报告显示：本发明从0.009---30MHz频段范围内，电磁兼容指标符合国家GB4824-1996有关标准规定。
实施例5：
本发明所述的脉冲发生器204内的振荡器、误差放大器、PWM比较器可以是制成一个模块，开关管外接；也可以选用开关电源控制集成电路IC1包括UC3842、SG6848D制成。振荡器、误差放大器和PWM比较器和开关管是合用一块单片集成电路的，可选用三端开关电源IC1包括TOP225或TOP224制成，也可以是用性能更好的单片五端开关电源IC1包括MC33374制成。本发明所述的电流检测电路206内设有光耦集成电路IC2的型号是PC817或P721。
实施例6：
本发明等离子体空气消毒净化器所设的控制装置4内设有单片机控制器，空气质量传感器装在进风口5，空气质量传感器输出端和单片机控制器输入端作电连接。旋钮12是手动电源开关，旋钮13是风量大、中、小三档转换开关，旋钮14是工作时间1--4小时控制开关。控制装置4的输出端与脉冲电源2、风机组件3的电源联接。当室内空气质量污染超标准时，空气质量传感器输出信号增大，单片机控制器与设定的阈值比较后发出信号电流，控制装置4开启脉冲电源2和风机组件3的电源自动空气消毒净化。单片机控制器还可以设置每天自动开机消毒净化程序，使本发明更具有实用性。
本发明脉冲电源2工作原理：
市电由整流电路202桥式整流，滤波电容器C3滤波供脉冲发生器204逆变。当脉冲发生器204中的开关管被PWM脉冲激励而导通时，次级高压快恢复二极管217因反向而截止；整流电路202直流输出电压施加到脉冲变压器205初级线圈的两端，此时初级线圈214相当于一个纯电感，流过初级线圈214的电流线性上升，电源能量以磁能形式存储在初级线圈214的电感中；当开关管截止时，由于电感电流不能突变，初级线圈214两端电压极性瞬间反向，次级线圈215上的电压极性颠倒使高压快恢复二极管217正向导通，初级线圈214储存的能量传送到次级线圈215升压，产生高压窄脉冲电流，提供给外接的等离子体反应器1作电晕放电。
本发明等离子体反应器内的催化净化锑化氢、砷化氢气体、油烟、臭气、放射性气体原理是：以高能电子与气体分子碰撞反应为基础。其催化净化机理包括：一是在产生等离子体的过程中，高频放电产生瞬间高能量，打开某些有害气体分子的化学键，使其分解成单质原子或无害分子。二是等离子体中包含大量的高能电子、离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基，这些活性粒子的平均能量高于气体分子的键能，它们和有害气体分子发生频繁的碰撞，打开气体分子的化学键，同时还会产生大量的·OH，·HO2，·O等自由基和氧化性极强的O3，它们与有害气体分子发生化学反应生成无害产物。活性自由基·OH的氧化电位(2.8eV)比臭氧的氧化电位(2.07eV)还高出35％，·OH自由基与有机物的反应速度高出几个数量级。本发明将污染空气中的有害物质氧化为二氧化碳和水或矿物质作用机理举例分析如下：
H2S+·OH→HS+H2O
HS+O2+·OH+·O→SO3+H2O
NH3+·OH→NH2+H2O
NH2+O2+·O→NO2+H2O
实测表明，污染空气中的大部分有害物质能在很短的间内被氧化分解，降解率在95％以上。
总的来说，本发明的电晕放电作用下有机物的降解是一个复杂的等离子体化学反应过程，由于自由基存在的时间极短，反应速度也相当快，要具体确定某一个反应过程是十分困难的。虽然目前已有大量低温等离子体降解污染物机理的研究，但还未形成能指导实践的理论体系，因而深入研究低温等离子体降解污染物的机理是应用研究方向之一。
本发明净化空气中放射性气溶胶、污染颗粒物原理是：利用等离子体反应器正电极在高压脉冲电源的驱动下作电晕放电，产生低温等离子体，其中包含的大量电子和正负离子在电场梯度的作用下，与空气中的微粒发生非弹性碰撞，从而附着在上面，使之成为荷电粒子。在外加电场力作用下，荷电粒子向反应器负电极板迁移，最终沉积在负电极板上。其处理过程分为三个阶段：
①e+M(气体分子)→M-；
②M-+PM(微粒)→(PMM)；
③(PMM)-→PMM(沉积在集尘极上)。
静电集尘是一个物理过程，在这个过程中，对悬浮在空气中直径小于100μm的总悬浮颗粒(TSP)和直径小于10μm的可吸入颗粒(PM10)产生清除效果达95％以上。设置在进风口的空气过滤器预先把Φ≥1μm的颗粒污染物滤除80％以上，能大量减少等离子体反应器负电极板上的尘埃吸附量。
本发明再加上二氧化钛(TiO2)光催化在等离子体反应器发出的紫外光线作用下，光源的能量激发TiO2周围的气体分子产生活性极强的自由基。这些氧化能力极强的自由基几乎可以分解绝大部分有毒有机物质与部分无机物质，达到杀菌，除臭，空气净化加倍的效果。这就是本发明创造的等离子体与二氧化钛优化组合的潜艇低温等离子体空气消毒净化器。
本发明可以直接挂在潜艇舱室面壁上，提供交流、直流电源都能消毒净化舱室内的空气；也可配合空调用于办公室、卧室、小汽车之类的空气消毒净化。加大功率设计使用范围扩展到工厂洁净室、医院手术室、会议室、影剧院、火车、地铁等场所的空气消毒净化。
以上公开了发明人设计和试验的事实及本发明的最佳方式，但本发明的实践不限于此。显然，本领域的技术人员可对本发明的特征进行各种添加、修改或重置而不偏离基本发明构思的精神范围。说明书参照附图的实施例对本发明作了进一步说明，并非对本发明的限定。在本发明的技术理念范围内，本领域技术人员可以按上述揭示的发明所设计的等离子体反应器内的阻止微放电技术、负电极板敷设TiO2及其脉冲电源内容作出包括材质在内的各种方式简单变形或等同替代，均属于本发明技术方案的范围内。不言而喻，都属于本发明的技术理念范围内的，并不会偏离本发明的精神或者超越权利要求书定义的范围。

Claims (8)

1.潜艇低温等离子体空气消毒净化器，包括等离子体反应器(1)、脉冲电源(2)、风机组件(3)、控制装置(4)、进风口(5)、出风口(6)、电源连接器(7)和外壳(8)，进风口(5)设有空气过滤器(10)，出风口(6)设有空气过滤器(9)，等离子体反应器(1)和风机组件(3)设置在气流通道之中，其特征在于所述的等离子体反应器(1)内设有若干条镍铬金属丝或镍铬金属带在同一平面内按等距离平行排列制成的正电极(101)，正电极(101)置于相邻两个负电极(102)中间部位；正电极(101)的两端是固定在阻止微放电导电轨(103)上对应的凹槽或凸部中，阻止微放电导电轨(103)是由铝棒或不锈钢条制成，并作电连通；阻止微放电导电轨(103)的两端设有绝缘物固定在外壳(8)相应位置上；所述的负电极(102)的上、下两端是直接固定在金属制成的反应器外壳(108)上，并作电连通；负电极(102)是表面氧化处理的铝板制成，负电极(102)的两面敷设纳米级TiO2；所述的脉冲电源(2)是安装在外壳(8)内的，脉冲电源(2)内设有的脉冲变压器(205)正、负两个输出端连接等离子体反应器(1)对应的正电极(101)、负电极(102)；脉冲变压器(205)与脉冲发生器(204)内的开关管是单端反激式逆变器设置的。
2.根据权利要求1所述的潜艇低温等离子体空气消毒净化器，其特征在于所述的正电极(101)的镍铬金属丝直径最佳值是0.15——0.20mm，或镍铬金属带最佳宽度是1.0——2mm，厚度是0.06——0.15mm。
3.根据权利要求1所述的潜艇低温等离子体空气消毒净化器，其特征在于风机组件(3)中设有锯齿状边缘风叶的低噪声风机，锯齿高度是4——8mm，齿间距离为5——10mm。
4.根据权利要求1所述的潜艇低温等离子体空气消毒净化器，其特征在于所述的脉冲变压器(205)设有一个多槽绝缘线圈骨架(212)，次级线圈(215)是分三段至五段绕制在多槽绝缘线圈骨架(212)相对应的凹槽内串联而成；每段线圈之间设一高压快恢复二极管(217)，高压快恢复二极管(217)的正极接在低电位线包的末端，高压快恢复二极管(217)的负极接在高电位线包的起始端；所述的初级线圈(214)和次级线圈(215)的内孔中设有磁芯(216)作电磁耦合，磁芯(216)的磁回路中设有磁气隙(218)；所述的磁芯(216)最佳设计用铁基超微晶铁心，也可以设置铁氧体磁心。
5.根据权利要求1所述的等离子体与二氧化钛优化组合的空气消毒净化器，其特征在于所述的EMC滤波器(201)设有差模电感器LI和共模电感器L2两者串联，EMC滤波器(201)输入端并联电容器C1，EMC滤波器(201)输出端并联电容器C2；所述的空气过滤器(9)和空气过滤器(10)靠近外壳(8)侧面设有金属丝网，金属丝网与等离子体反应器(1)的负电极(102)作电连接。
6.根据权利要求1所述的潜艇低温等离子体空气消毒净化器，其特征在于所述的脉冲变压器(205)输出低电位端设有电流检测电路(206)，将检测到的脉冲变压器(205)输出电流信号送入脉冲发生器(204)输入端，脉冲发生器(204)内设有的振荡器、误差放大器、PWM比较器及开关管。
7.根据权利要求1或6所述的潜艇低温等离子体空气消毒净化器，其特征在于所述的脉冲发生器(204)内的振荡器、误差放大器和PWM比较器可以是制成一个模块，也可以选用开关电源控制集成电路IC1包括UC3842、SG6848D制成；或数字控制电路(204)和脉冲发生器(205)是合用一块单片集成电路的，三端开关电源IC1包括TOP225或TOP224制成，也可以是用性能更好的单片五端开关电源IC1包括MC33374制成；所述的电流检测电路(206)内设有光耦集成电路IC2的型号是PC817或P721。
8.根据权利要求1所述的潜艇低温等离子体空气消毒净化器，其特征在于所述的外壳(8)内正面设有控制装置(4)，控制装置(4)设空气质量传感器和单片机控制器，空气质量传感器输出端与单片机控制器输入端作电连接，控制装置(4)的输出端与脉冲电源(2)的电源开关及风机组件(3)作电连接；控制装置(4)从上到下设有手动电源开关(12)，风量大、中、小三档转换开关(13)，工作时间控制开关(14)。
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