CN101920039B - 等离子体与二氧化钛优化组合的空气消毒净化器 - Google Patents
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Abstract
本发明等离子体与二氧化钛优化组合的空气消毒净化器属于空气消毒净化技术领域。它包括等离子体反应器、脉冲电源、风机组件、进风口、出风口和外壳。进、出风口设有空气过滤器，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。负电极的两面敷设纳米级TiO2。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。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。将等离子体与二氧化钛优化组合，是优势互补，强强联合。具有空气消毒净化效率高、节能、可靠性好、工作寿命长；而且结构简单、成本低廉。
Description
技术领域：
本发明属于空气消毒净化技术领域，具体涉及等离子体与二氧化钛优化组合的空气消毒净化器。
背景技术：
随着人类文明进步，人类赖以生存的地球生态环境却是不断恶化，空气污染日趋严重：军团菌、葡萄球菌及支原体之类细菌及其各种各样的病毒；各种类型的挥发性有机化合物VOCS；以气溶胶存在形式的尘埃粒子和放射性粒子之类的颗粒污染物。特别强调的是近几年来SARS、禽流感及各种流行性感冒病毒大规模传染爆发时有发生。尤其是当前的甲型H1N1流感已经造成全球30多万人感染，近3000人死亡。甲型H1N1流感的感染途径主要是空气，感染性病原体通常附在空气中≤5μm浮游微粒上，随空气流动而扩散，被感染者因吸入这种空气而致病；再是飞沫感染：患者咳嗽、打喷嚏、说话所产生的带病原体的口液飞沫在空气中漂浮，与患者近距离受感染的机率较大。
低温等离子体与二氧化钛光催化技术作为近年来出现的新型空气净化技术，它们均能高效杀灭细菌，降解挥发性有机化合物VOCS，也可以抑制甲型H1N1流感的空气传播途径。尤其是低温等离子体空气消毒净化器内含静电场，还能吸附粒径小至0.01μm颗粒物。
经过调查分析：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。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。”就是因为“断丝”才无可奈何改成尖针状、锯齿状电极的静电吸附型空气净化器。原因是等离子体反应器正、负电极之间选用绝缘材料作支架直接固定金属丝的正电极。经发明人反复试验研究表明：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，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。
再一个是高压电源对于呈容性负载的等离子体反应器匹配问题。试验表明：在大气压下要想使反应器作电晕放电产生高浓度等离子体以提高其杀菌消毒净化效率应具备两个条件。首先是外加高压电场只对空气中的电子施加能量，在瞬间(nS级)增温、加速，获得动能，使质量很小的电子温度高达一万度以上，而其它粒子获得极低能量。另一个条件是：外加电场对电子施加能量的时间(uS级)要远小于不给电子施加能量的时间，使气体获得的能量能够及时传导出去，防止过渡到热等离子体而降低效率。这就要求等离子体电源不但提供10--20KV的直流高压电外，还必需有高的占空比，上升时间达到至少是120nS的高频窄脉冲电流。同时考虑到等离子体反应器是容性负载，一般相当于几百至上千uuF的电容量。正、负电极长期工作又难免被意外短路，所有这些对于等离子体电源的安全性、稳定性要求之苛刻是可想而知的。鉴于目前半导体功率开关器件的导通和关断时间是uS级，采用常规的设计方法：例如半桥逆变、多谐振荡、间歇振荡或倍压整流是很难满足上述两个条件的。nS级的耐高压大功率开关器件价格昂贵，而且工作寿命短，设计在民用产品上是不切实际的。
上述两个关键点正是业内人士最为关注的，集中研究的焦点；也是等离子体空气消毒净化器开发的瓶颈口。
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。这些氧化能力极强的自由基几乎可以分解绝大部分有机物质与部分无机物质，产生具有强氧化能力的空穴，其能量相当于15000K的高温；自由基还能破坏细菌的细胞膜，使细胞质流失，进而氧化细胞核，而杀死细菌。它可以直接杀灭细菌和彻底分解有机物为CO2和H2O等无机无害小分子，达到杀菌，除臭，空气净化的效果。目前常用的光触媒是氧化能力极强的超微粒子化的二氧化钛，检测中心检测结果表明：光触媒对常见的细菌的杀灭率在99％以上。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，而紫外线放电灯容易损坏，紫外线对人体也有伤害；特别是它对颗粒污染物无所作为。因此有人把它与高压静电集尘装置相结合，同时也弥补了高压静电集尘杀灭细菌和分解有机物效果不良的缺陷。
例如申请号为200810060790.7，申请日：2008.4.22，发明名称：《一种长效净化室内空气复合污染的装置》的独立权项是这样描述的：一种长效净化室内空气复合污染的装置，包括外壳，其特征在于：所述的外壳内设有风机、高压静电放电极、高压电源、集尘板、灰尘收集器、直流电源、紫外光源、光催化板、免再生活性炭纤维层；外壳前部下端设有进气口，后部下端设有出气口，壳体内靠近出气口设置风机；壳体内靠近进气口设有高压静电放电极，与高压静电放电极平行设有一集尘板；集尘板后设置若干组光催化板，相邻的光催化板一端交替与外壳的上下板固定，另一端留有空隙；光催化板间设有紫外线；壳体后部风机前设有免再生活性炭纤维层；装置底部依次设灰尘收集器、直流电源、高压电源，其中灰尘收集器置于集尘板下方中间，直流电源正极与光催化板相连，高压电源负极与高压静电放电极相连。
该发明的优点是光催化和静电集尘互补，但设置了紫外光源，紫外线放电灯容易损坏，紫外线对人体的伤害是显而易见的。紫外光源耗电也不小，一个60m3的室内符合国家卫生部关于公共场所空气净化标准，功率至少需要160W。再说静电集尘的灭菌和分解有机物效果不及等离子体空气净化器。
再如专利号为0325102.8，实用新型名称《平板型纳米二氧化钛等离子体放电催化空气消毒器》的技术方案是设置两块平板型电极，中间是空气间隙，其中一块表面设有陶瓷层，陶瓷层上涂有二氧化钛，它不设紫外光源。不难看出：两块平板型电极属于吸附型静电除尘基本结构，它只能用于介质阻挡放电，不可能如说明书所述会产生“电晕放电”，因为所说的陶瓷层是绝缘材料，紫外线当然也不会产生。该实用新型的纳米二氧化钛不起作用是显而易见的。
发明内容：
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种空气消毒净化效率高、节能、可靠性好、工作寿命长；而且结构简单的等离子体与二氧化钛优化组合的空气消毒净化器。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
等离子体与二氧化钛优化组合的空气消毒净化器，包括等离子体反应器、脉冲电源、风机组件、进风口、出风口和外壳。进风口设有初效空气过滤器和中效空气过滤器，出风口设有初效空气过滤器，等离子体反应器和风机组件设置在气流之中。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，阻止微放电导电轨的两端再与正交设置在反应器四周的四根正电极金属支架固定，并作电连通。每根正电极金属支架的上、下两端各设一个绝缘连接物与反应器外壳相对应的安装孔固定。所述的负电极的上、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。所述的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。
所述的脉冲电源是单独安装在另一壳体内，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，脉冲变压器的输出端外接等离子体反应器。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，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。
优先地所述的等离子体反应器与风机组件之间还可以设有二氧化钛催化板，二氧化钛催化板由表面氧化铝板制成，铝板上设有均匀密布小圆孔作气流通道，铝板紧靠等离子体反应器的平面上敷设纳米级TiO2；所述的纳米级TiO2是带隙能3.2eV的锐钛矿型催化剂。
优先地所述的等离子体反应器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0.08--0.10mm。
优先地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。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。
优先地所述的脉冲发生器内的振荡器、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。
优先地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。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
本发明将等离子体与二氧化钛优化组合，是优势互补，强强联合。
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镍铬金属带固定在阻止微放电导电轨上的，远离绝缘连接物；再是阻止微放电导电轨的两端又与正交设置在反应器四周的四根正电极金属支架固定。绝缘连接物仅仅是一个端面与阻止微放电导电轨表面相接触，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，使用寿命可达八年以上。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，等离子体浓度比锯齿状或针尖状放电极提高一倍以上。
本发明所设计的脉冲电源中的脉冲发生器输出端设有电流检测电路，电流检测电路与脉冲发生器的默契配合，能自动调整脉冲发生器的输出脉冲宽度。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，上面层面是容易敷设TiO2。氧化处理生成的Al2O3层面薄，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。
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、去血腥、去异味、降解甲醛、烟雾和TVOC等有机废气的功能。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％。甲醛降解率98.7％，悬浮粒子数≤350个/L(Φ≥0.5μm)，空气中留存臭氧量≤0.05mg/m3。
节能是显而易见的：本发明在100m3室内达到医院II类环境消毒标准的消耗功率为6--7W。比同样效果的申请号为200810060790.7的发明，内设高压静电、紫外光源和光催化板的空气消毒净化器能耗至少节省150W。
总的说来，本发明实现了等离子体与二氧化钛优化组合，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、成本低廉又节能。
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是等离子体与二氧化钛优化组合的空气消毒净化器的结构示意图；
图2是本发明等离子体反应器正面视图；
图3是本发明空气消毒净化器的工作示意图；
图4是本发明的脉冲电源电原理图；
图5是本发明的脉冲变压器结构示意图；
图6是本发明的脉冲变压器电路图；
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
5-进风口 6-出风口 8-外壳
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
401-初效空气过滤器 402-中效空气过滤器 403-二氧化钛催化板
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是本发明等离子体与二氧化钛优化组合的空气消毒净化器的结构示意图；图2是本发明等离子体反应器正面视图。
如图1所示，等离子体与二氧化钛优化组合的空气消毒净化器，包括等离子体反应器1、脉冲电源2、风机组件3、进风口5、出风口6和外壳8。进风口5设有初效空气过滤器401和中效空气过滤器402，出风口6设有初效空气过滤器401。等离子体反应器1和风机组件3设置在气流之中，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，凸部可以设计成金属梢钉或者是不锈钢弹性片。阻止微放电导电轨103的两端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。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。
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。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0.08--0.10mm。
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内所设的光耦电路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。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。滤波电容器C3与整流电路202直流输出端并联。
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。
实施例2：
图3是本发明空气消毒净化器的工作示意图。所述的等离子体反应器1与风机组件3之间还可以设有二氧化钛催化板403，二氧化钛催化板403由表面氧化铝板制成，铝板上设有均匀密布小圆孔作气流通道，铝板紧靠等离子体反应器1的平面上敷设纳米级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。
实施例3：
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。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220mm，风管长60mm，电压220V/50Hz，工作电流0.60A，风量1200m3/h时的噪声是59.5dB(A)，换上同样大小的锯齿状边缘风叶后实测噪声为54.8dB(A)。
实施例4：
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。
实施例5：
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。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，其外壳直接接地，电磁屏蔽、安全性能好。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内外有关标准规定。
实施例6：
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。
本发明等离子体反应器内的催化净化原理是：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两个步骤：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。
本发明空气中污染颗粒物净化原理是：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。
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空气消毒净化器。
本发明使用范围是工厂洁净室：食品厂、电子、光学、精密仪器、车间生物制药研究室、实验室及医院手术室、隔离病房等洁净度要求较高的场所；也可用于办公大楼、会议室、影剧院、火车、汽车、地铁、舰船等公共场所的空气消毒净化。配合空调器，使用范围更广。
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负电极板敷设TiO2、等离子体反应器内的阻止微放电技术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.等离子体与二氧化钛优化组合的空气消毒净化器，包括等离子体反应器(1)、脉冲电源(2)、风机组件(3)、进风口(5)、出风口(6)和外壳(8)，进风口(5)设有第一初效空气过滤器和中效空气过滤器(402)，出风口(6)设有第二初效空气过滤器，等离子体反应器(1)和风机组件(3)设置在气流之中，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，阻止微放电导电轨(103)的两端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；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Ti02；所述的脉冲电源(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)；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，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，其特征在于所述的等离子体反应器(1)与风机组件(3)之间设有二氧化钛催化板(403)，二氧化钛催化板(403)由表面氧化铝板制成，铝板上设有均匀密布小圆孔作气流通道，铝板紧靠等离子体反应器(1)的平面上敷设纳米级Ti02；所述的纳米级Ti02是带隙能3.2eV的锐钛矿型催化剂。
3.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，其特征在于所述的正电极(101)的镍铬金属丝直径是0.15-0.20mm，或镍铬金属带宽度是1.0-2mm，厚度是0.08-0.10mm。
4.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。
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；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)；磁芯(216)用铁基超微晶铁心，或设置铁氧体磁心。
6.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L1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。
7.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，其特征在于所述的脉冲发生器(204)内的振荡器、误差放大器和PWM比较器制成一个模块，选用开关电源控制集成电路IC1包括UC3842、SG6848D制成。
8.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，其特征在于所述的电流检测电路(206)内设有光耦集成电路I C2的型号是PC817或P721。
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