CN104437863A - 一种高压静电空气净化装置 - Google Patents

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Abstract

一种高压静电空气净化装置,由多组分别带正、负高压电的栅板和极板组成,当污染空气从栅板的通风孔、以及两极板之间通过时,尘埃颗粒就会被极化带电或电离带电;当带电尘埃颗粒从两栅板或两极板之间经过时,带电尘埃颗粒将被与带异性电荷的栅板或极板吸收;在第一组栅板之间安装有一对钨丝电极,当有毒物质从钨丝电极之间经过时,电晕放电将使有毒物质燃烧或分解,使有毒物质被分解成无毒物质;当气体从带高压负电栅板的通风孔经过时,气体将被感应带电并产生负离子,从而起到消除臭氧的作用;当吸附在栅板和极板上的尘埃颗粒累积到一定厚度时,连接在栅板和极板之间的辅助高压电源将会自动接通,通过强烈放电可对垃圾进行自动清理。

Description

一种高压静电空气净化装置 【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高压静电空气净化装置,这种高压静电空气净化装置对PM2. 5或 小于PM2. 5的尘埃颗粒进行净化处理,比一般采用过滤网的空气净化器具有更好的净化性 能,以及比一般过滤网式空气净化器维护更简单方便。
[0002] 高压静电空气净化装置对空气进行净化,主要靠多组相互绝缘并分别带正、负高 压静电的栅板和极板来对尘埃颗粒进行充电(感应带电或电离带电),然后通过电场力的 作用,对带电物质进行吸收,由于高压静电产生的电场力可以穿透任何物体,因此,在高压 静电场的作用下,可以使任意小的尘埃颗粒通过静电感应而带电,并产生库伦力,然后被带 异性电荷的栅板和极板来对带电尘埃颗粒进行吸收,使空气得以净化。
[0003] 栅板和极板一般都用金属材料制成,它作为空气净化器的一个部件,经清洁后可 以反复使用,不需要经常更换,维护成本相对比较低,不像过滤网式空气净化器,每隔几天, 就需要对空气过滤网进行更换,并且,更换下来的空气过滤网还会造成环境污染。
[0004] 本发明的高压静电空气净化装置对雾霾空气中的尘埃颗粒以及有机挥发物 (V0C),特别是PM2. 5以下微粒,具有很强的净化处理功能,并且还会产生负离子,使用这种 高压静电空气净化装置,可以净化环境,有益于人类健康。 【背景技术】
[0005]目前的空气净化器,按工作原理来分,基本上可以归为两大类,一类为滤网式空气 净化器,另一类为高压静电空气净化器。现在普遍使用的主要是滤网式空气净化器,高压静 电空气净化器的使用相对还比较少。
[0006] 滤网式空气净化器最大的缺点是,要求滤除尘埃颗粒的直径越小,对滤网密度的 要求就越高,其对风的阻力就会越大,风速就会降低,从而影响空气净化器的工作效率,如 要提高空气净化器的工作效率,必须加大抽风机的功率,而加大风机的功率又会使噪音增 大、能耗增加,并且滤网更换频繁,维护成本很高。
[0007] 理论与实践均已证明,对人体健康危害最大的是直径等于或小于PM2. 5的有毒微 粒,特别是有机挥发物(V0C),如:笨、甲醛、丙酮、油漆等,当人体吸入这些直径小于PM2. 5 的有毒微粒时,人体是无法通过肺的净化功能把这些有毒微粒排出体外的,这些有毒微粒 会通过血液循环系统进入人体的各个器官,加重人体器官的负担,长期吸入这些有毒物质, 就会使人生病,从而影响人体的健康。
[0008]而对于这些直径小于PM2. 5以下的有机挥发物(V0C),目前市场上大量使用的滤 网式空气净化器基本上是无法有效过滤的,因为其体积非常小,需要达到像分子筛这样密 度的滤网才能对其进行有效过滤。
[0009] 而高压静电空气净化器则不同,在高压静电场的作用下,尘埃颗粒的直径越小,就 越容易被带电的极板吸收,因为尘埃颗粒的直径越小,其电容(尘埃颗粒相当于一个小电 容)的容量也越小,当一个小电容与一个大电容(带电栅板或极板)互相进行充电时,小电 容的容量越小,其被充电的电位就越高,其产生的动能相对就越大,从而越容易向大电容的 方向移动,g卩,越容易被带电的栅板和极板吸收。
[0010] 目前,市场上使用的高压静电空气净化器产品,其最大的缺点是很容易产生臭氧, 虽然臭氧对杀菌、消毒、清除异味均很有效,但如果人体长期处于高浓度的臭氧环境中,也 会影响人们的健康。
[0011] 高压静电空气净化器容易产生臭氧的原因,主要是由于在高压静电空气净化器中 都有一个或多个带高压正电的极板,当氧气靠近高压正极板的时候,在强电场力的作用下, 氧气很容易被感应带电(变成
Figure CN104437863AD00041
),而带正电的氧分子很容易与氧气重新组合生成臭氧
Figure CN104437863AD00042
,高压正极板的电位越高,臭氧就越容易产生,如果把高压正极板的电位 降低,则又会降低高压静电空气净化器对空气的净化效果和功能,因为库伦力与电压的平 方成正比。由于此原因,目前市场上使用的高压静电空气净化器,一般高压正极板的电位都 不高,所以对空气的净化效果相对比较差。 【发明内容】
[0012] 针对现有高压静电空气净化器技术性能差,容易产生臭氧,以及滤网式空气净化 器对直径小于PM2. 5以下的有机挥发物(V0C)净化效率低,使用成本高等缺点,本发明的高 压静电空气净化装置,采用栅板和极板组合结构式和多组不同极性、不同电压的高压电源 供电,特别是通过最后一组带负电高压栅板对空气进行放电,使空气中的氧气带上负电后, 很容易转变成负离子氧,这种负离子氧不但可以中和空气中的臭氧,而且负离子氧还可以 使空气有清新,有益于人体健康。
[0013] 另外,本发明的高压静电空气净化装置还具有消毒和自动清理垃圾的功能。
[0014] 本发明的高压静电空气净化装置在第一组栅板之间安装有一对钨丝电极,正常工 作时,会在两钨丝电极之间产生很强的电晕放电,当有毒物质,比如,病毒、细菌从两电极之 间经过时,电晕放电产生的电流和高温会把病毒、细菌杀死;当高分子有机物从两钨丝电极 之间经过时,电晕放电会使高分子有机物产生电离分解,使有毒气体被分解成无毒物质。
[0015] 高压静电空气净化装置使用到一定的时间后,在栅板和极板上均会被吸附上一层 像油渍一样的物质,这是有机挥发物(V0C)和尘埃颗粒被吸收后生成的混合物,本发明的 高压静电空气净化装置在每组栅板或极板之间都加接有一组辅助高压电源,当吸附在栅板 或极板上的尘埃颗粒达到一定的厚度时,辅助高压电源就会自动接通,强大的放电电流瞬 间产生的高温将使空气产生猛烈膨胀,很容易把吸附在高压栅板或极板上的混合物打碎, 然后自动脱落到垃圾收集盒中,这样,可以大大提高高压静电空气净化装置的工作效率,使 维护变得更简单和方便。
[0016] 因此,本发明的高压静电空气净化装置,不但工作效率高,并且克服了现有高压静 电空气净化器技术性能差,容易产生臭氧,以及滤网式空气净化器对有机挥发物(V0C)净 化效率低,使用成本高等缺点。
[0017] 本发明的高压静电空气净化装置使用的高压电源输出电压相对比较高,因此,对 空气中的有机挥发物(V0C)、尘埃颗粒、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、臭气等,均有很 强的收集、净化作用,不但工作效率高,并且克服了现有高压静电空气净化器技术性能差, 容易产生臭氧,以及滤网式空气净化器对直径小于PM2. 5以下的有机挥发物(V0C)净化效 率低,使用成本高等缺点。
[0018] 本发明的高压静电空气净化装置的特征在于:
[0019] 这种高压静电空气净化装置分两种结构:一种为采用栅板和极板组合结构式的高 压静电空气净化装置,另一种为采用全栅板结构式的高压静电空气净化装置;
[0020] -种采用栅板和极板组合结构式的高压静电空气净化装置,这种装置主要由多组 互相绝缘、并分别带正、负高压电的栅板和极板组成,第一栅板带高压正电,第二栅板带高 压负电,第三栅板带高压正电,第四栅板带高压负电,依次类推,即,两栅板之间互相带异性 电荷,最后一块带电棚板带_压负电;
[0021] 极板安装在两组栅板的中间,两极板之间互相带异性电荷,即:第一极板与第一正 高压(或第一负高压)连接,第二极板与第一负高压(或第一正高压)连接,第三极板与第 一正高压(或第一负高压)连接,第四极板与第一负高压(或第一正高压)连接,其余以此 类推,即,两极板之间互相带异性电荷;
[0022] 在第一栅板与第二栅板之间安装有一对钨丝电极,其中一条钨丝电极与带高压正 电的第一栅板连接,另一条钨丝电极与带高压负电的第二栅板连接;
[0023] 栅板和极板都是由导电材料制成的薄板,在栅板上面打有很多小孔,空气可从小 孔中经过,所以把这些小孔称为通风孔,而把这种带有很多通风孔的薄板称为栅板,把不带 通风孔的薄板称为极板,栅板与极板的安装方向互相垂直;
[0024] 本发明的高压静电空气净化装置的特征还在于:
[0025] 另一种采用全栅板结构式的高压静电空气净化装置,这种装置主要由多组互相绝 缘、并分别带正、负高压电的栅板组成,第一栅板带高压正电,第二栅板带高压负电,第三栅 板带高压正电,第四栅板带高压负电,依次类推,即,两栅板之间互相带异性电荷,最后一块 带电栅板带高压负电;
[0026] 第一栅板的通风孔与第二栅板的通风孔互相错开,并在第一栅板与第二栅板之间 安装有一对鹤丝电极,其中一条鹤丝电极与带高压正电的第一栅板连接,另一条鹤丝电极 与带高压负电的第二栅板连接;
[0027] 本发明的高压静电空气净化装置使用的高压电源有四组不同电压值的高压输出, 分别为:第一正高压、第二正高压、第一负高压、第二负高压,第二正高压的输出电压高于第 一正高压的输出电压,第二负高压的输出电压高于第一负高压的输出电压;第二正高压输 出与第一栅板连接,第一正高压输出分别与第三栅板、第五栅板等(其余以此类推)连接, 第一负高压输出分别与第二栅板、第四栅板等(其余以此类推)连接,即:与第一正高压输 出连接的栅板和与第一负高压输出连接的栅板互相错开,第二负高压输出与最后一块带高 压负电的栅板连接;
[0028] 这种高压静电空气净化装置使用的高压电源还包括一组用于垃圾清理的辅助高 压电源,辅助高压电源的正极和负极分别通过一个整流二极管与高压电源的第一正高压输 出和高压电源的第一负高压输出连接,即:辅助高压电源的正极接整流二极管的正极,整流 二极管的负极与高压电源的第一正高压的输出端连接,辅助高压电源的负极接另一个整流 二极管的负极,另一个整流二极管的正极与高压电源的第一负高压的输出端连接;
[0029] 本发明的高压静电空气净化装置的特征还在于:
[0030] 在每组栅板和极板的下面都安装有一个垃圾收集盒,用于对垃圾进行收集。 【附图说明】
[0031] 图1是一种采用栅板和极板组合结构式的高压静电空气净化装置实施方案示意 图;
[0032] 图2是一种高压静电空气净化装置采用的栅板组件示意图;
[0033] 图3是一种高压静电空气净化装置采用的极板组件示意图;
[0034] 图4是一种高压静电空气净化装置采用的高压电源电路结构示意图;
[0035] 图5是一种采用全栅板结构式的高压静电空气净化装置示意图。
[0036]【实施方案】
[0037] 图1是一种采用栅板和极板组合结构式的高压静电空气净化装置实施方案示意 图,图2、3、4是图1中各部分组件的示意图。在图1、2、3、4中,"11"、"12"、"13"和"14"、 "15"、"16"为栅板,"31"、"32"为极板,极板"31"、"32"安装在两组栅板"11"、"12"、"13" 和 "14"、"15"、"16" 的中间。
[0038] 栅板和极板都是由导电材料制成的薄板,在栅板上面打有很多小孔,空气可从小 孔中经过,所以把这些小孔称为通风孔,而把这种带有很多通风孔的薄板称为栅板,把不带 通风孔的薄板称为极板,栅板与极板的安装方向互相垂直。
[0039] 图1中,高压电源有四组高压输出,分别为:第一正高压、第二正高压、第一负高 压、第二负高压。其中"41"和"42"分别为两组正高压电源,第一正高压与第一组正高压电 源"41"的输出电压相等,第二正高压由第一组正高压电源"41"与第二组正高压电源"42" 串联迭加而成;"43"和"44"分别为另两组负高压电源,第一负高压与第一组负高压电源 "43"的输出电压相等,第二负高压由第一组负高压电源"43"与第二组负高压电源"44"串 联迭加而成。
[0040] 第二正高压输出与第一栅板"11"连接,第一正高压输出分别与第三栅板"13"和 正极板"31"连接,第一负高压输出分别与第二栅板"12"和第四栅板"14"以及负极板"32" 连接,第二负高压输出与第6栅板" 16"连接,第五栅板" 15"与地连接。
[0041] 在两栅板"11"和"12"之间安装有一对钨丝电极"21"和"22",为了让所有的气流 均从这对钨丝电极之间通过,栅板"11"的通气孔与栅板"12"的通气孔互相错开是必要的。 两个钨丝电极"21"和"22"分别安装在栅板"11"和栅板"12"之上,即,钨丝电极"21"与 栅板"11"同电位,钨丝电极"22"与栅板"12"同电位,栅板"11"和栅板"12"分别与高压 电源的第二正高压输出和高压电源的第一负高压输出连接。
[0042] 由于两钨丝电极"21"和"22"的相对距离小于两栅板" 11"和" 12"之间的距离, 因此,两钨丝电极之间的电场强度要远远高于两栅板之间的电场强度。正常工作时,在两钨 丝电极之间会产生很强烈的电晕放电,当有毒物质,比如,病毒、细菌从两钨丝电极之间经 过时,电晕放电产生的电流和高温会把病毒、细菌杀死;当高分子有机物(如V0C)从两钨丝 电极之间经过时,电晕放电会使高分子有机物产生电离分解,使有毒物质被分解成无毒物 质;当较大体积的物体从两钨丝电极之间经过时,两电极之间会产生强烈打火,并使物体一 分为二,一个带正电,另一个带负电,故称电离带电,尔后带电体分别被带异电的栅板或极 板吸收。
[0043] 在我们的周围,特别是室外,大部分尘埃颗粒都是带负电的,因为外层空间时刻都 在不断地向地球发射负电子或带负电的微粒子,相当于每秒钟向地球注入1500安培的电 流(负电),使地球表面带负电(负41万伏,球心为0伏);当尘埃颗粒被这些负电子或带 负电的微粒子撞上之后,就会带负电。显然,采用带高压正电的栅板(或极板)来对带负电 的尘埃颗粒进行收集是一种很好的方法,因此,栅板" 11"带高压正电是一种最好的选择,第 二正高压的电位越高,对尘埃颗粒的吸收就越有利,因为,带电栅板产生电场力的大小,与 两带电物体之间电位差的平方成正比。
[0044]当带电尘埃颗粒靠近带高压电的栅板或极板时,就会被带异性电荷的栅板或极板 吸收,但如何让尘埃颗粒带电,这并不是一件容易的事情,尽管地球表面带负电但从地球表 面产生出来的,而未经宇宙空间负电子照射过的尘埃颗粒,并不能算带负电,因为高压电源 的输出电压就是以大地(地球表面的电位)为参考点的,即,把地球表面的电位定义为〇电 位(或0电平)。
[0045] 要使尘埃颗粒带电,一种方法是让尘埃颗粒直接碰到带电的栅板或极板而带电, 这种方法称为接触带电,但尘埃颗粒是混合在气流中的杂质,能够与带电栅板或极板直接 接触的尘埃颗粒终究是少数;另一种方法是先让尘埃颗粒从电场强度很强的空间经过,让 它感应带电,感应带电也称极化带电,即,物体的一部分带正电,另一部分带负电,但总体而 言,物体还是属于中性的。
[0046] 对于绝缘体,一旦被感应带电之后,即使电场强度已经下降到零,其极化带电的特 性还是要继续保持的,比如充了电的电容器中的电介质,就像磁铁被充了磁一样,除非对它 进行退磁;但对于导电体,一旦电场强度下降到零,原来极化带电的现像马上就会消失,除 非它已经被分离带电,比如电离带电。
[0047] 与单纯带正电或带负电的物体相比,极化带电的物体在带电栅板或极板之间受电 场力的作用要比单纯带正电或带负电的物体受电场力的作用小很多,但极化带电的物体有 时在外力的作用下也很容易转化为分离带电。例如,尘埃颗粒或V0C都是混合在气流中的 杂质,当这些杂质在强电场中被极化带电时,如果切向气流的速度足够高,同样可以把这些 已经被极化带电的杂质吹散,使其一分为二,此时将有一部分尘埃颗粒带正电,而另一部分 尘埃颗粒带负电,这种情况与电离带电的结果基本上是一样的。
[0048]所谓电离带电,就是在电场强度特别强的情况下,电场力可把极化带电物体一分 为二,使一部分带正电,另一部分带负电。
[0049] 因此,把栅板的通风孔做得很细,让极化带电的尘埃颗粒或V0C从通风孔中高速 通过时形成线状体,然后突然改变风的方向,把极化带电线状体拆散,这对分离带电是有好 处的。由此可知,气流在流过图1所示结构图中的各个节点或路径,其风速应该是不均匀 的,气流从栅板或极板表面通过的速度越低,对尘埃颗粒的吸收越有利;气流的速度越不均 匀,对尘埃颗粒的吸收也越有利;气流的路径越长,对尘埃颗粒的吸收也越有利。
[0050] 所以,在图1和图2中,栅板"11"的通气孔与栅板"12"的通气孔在垂直方向互相 错开,不但可以增加气流路径的长度,同时,也可使气流的速度变得不均匀,速度高的地方 容易使极化带电的尘埃颗粒分离带电,速度低的地方则容易对带电尘埃颗粒进行吸收,这 对提高空气净化效果很有好处的。同理,把极板安装在两组栅板"11"、"12"、"13"和"14"、 "15"、"16"的中间也是非常合理的。因为,极板的通风截面积要比栅板气孔的面积大很多, 因此其风阻和风速相对都比较小,这对吸收带电尘埃颗粒很有利。
[0051] 图2是一种高压静电空气净化装置采用的栅板组件示意图。图中,"11"、"12"、 "13"和"14"、"15"、"16"分别为图1空气净化装置基本结构图中前后两组栅板的示意图。 栅板"11"、"12"、"13"不但对带电尘埃颗粒具有很强的吸收功能,同时对尘埃颗粒还具有聚 合和充电的功能。
[0052] 当带电尘埃颗粒的极性与栅板带电的极性相反时,栅板会对尘埃颗粒产生很大的 吸引力,并对其进行吸收;如果尘埃颗粒带电的极性与栅板带电的极性相同,当其随着气流 从栅板的通气孔中经过时,它将会被"聚焦",使其聚成一条细线,此时,在强电场力和风力 的作用下,将很容易被分离而带电。这里的带电尘埃颗粒就相当于阴极射线管中阴极发射 的电子流,栅板的通气孔就相当于阴极射线管的聚焦极,因为,栅板通气孔边缘的电场强度 最强,而通气孔的中心电场强度为零,此时,带电物体只能从通气孔的中心通过。
[0053] 无论尘埃颗粒带电或不带电,当尘埃颗粒从两栅板或两极板的中间经过时都会被 感应带电(极化带电);当感应带电的尘埃颗粒随着气流从栅板的通气孔中经过时,尘埃颗 粒将偏离通气孔的中心从通气孔的边缘擦边而过,而被带电栅板或极板直接对其充电。
[0054] 栅板"14"、"15"、"16"的主要功能是用来消除臭氧,同时其对带正电的尘埃颗粒也 具有很强的吸收功能。
[0055] 在图1中,产生臭氧的关键部分是带高压正电的栅板"11"和钨丝电极"21"、"22", 特别是当钨丝电极"21"、"22"产生电晕放电时,其产生的臭氧最严重,另外,极板"31"也会 产生臭氧,不过其产生臭氧的比值相对比较小。臭氧对消毒和消除异味是非常有效的,但臭 氧对人体也是有害的,必须要想办法把它消除。
[0056] 由于栅板"14"接高压电源的第一负高压输出,栅板"15"接地,栅板"16"又接高 压电源的第二负高压输出,因此,臭氧要经过两道卸包褓(放电)和反充电的门槛。当臭氧 直接碰上栅板"14"或从栅板"14"的气孔中经过时,臭氧就会带负电或感应带电,使臭氧 的分子结构改变或被破坏;当臭氧从栅板" 15"和栅板" 16"的气孔中经过时,栅板" 16"会 对臭氧产生电晕放电,不但会使臭氧的分子结构被破坏,并使氧气带负电,而转变成负离子 氧,因为栅板"16"的负电位非常高,它会向周围的物体发射负电子,当氧气接收多一个负电 子时,就会变成负离子氧。负离子氧可使空气清新,有益于人体健康。
[0057] 在图2中,虽然"11"、"12"、"13"和"14"、"15"、"16"均为栅板,但它们通气孔的分 布略有不同,主要目的是为了增加气流路径的长度和改变气流阻力的分布。比如,栅板"11" 的通气孔与栅板"12"的通气孔在垂直方向是互相错开的,主要目的是为了增加气流路径的 长度,同时也是为了让所有的气流均从两钨丝电极之间通过;栅板"13"通气孔的密度分布 是不均匀的,目的是为了对栅板"12"输出的气流密度进行重新分布,使输入到极板"31"、 "32"的气流密度尽量均匀;栅板"14"、"15"、"16"通气孔的密度分布基本上是均匀的,但两 板之间的通风孔最好互相错开,目的是改变风向,增加尘埃颗粒撞击栅板的几率,同时也使 风速变慢,以增加负离子的浓度。
[0058] 图3是一种高压静电空气净化装置采用的极板组件示意图。图中,"31"为相同极 性的极板,"32"为另一相同极性的极板,如果极板"31"接高压正电,则极板"32"就接高压 负电,反之亦然。极板的功能是用来吸收带电的尘埃颗粒,因此,极板应该安装在前一组栅 板的后面。因为,极板的安装方向与气流的方向基本平行,通风截面积比栅板通气孔的面积 大很多,风阻相对比较小,因此风速相对也比较小,这对吸收带电尘埃颗粒很有利。
[0059] 为了增加极板与气流接触的面积和尘埃颗粒碰撞机遇,极板的形状最好是做成S 形的,从原理上来说,极板越弯曲,以及拐弯的次数越多,对尘埃颗粒的吸收效果就越好,因 为,极板越弯曲,对于直线运动的气流来说,其碰撞接触的面积就越大,而拐弯次数越多,尘 埃颗粒被来回充、放电的机会也越多,尘埃颗粒每次充、放电的过程,都是位能增加的过程, 位能越大其所受的吸引力(或排斥力)就越大,对尘埃颗粒吸收越有利。形象地说,尘埃颗 粒在气流中运动就好像是漂浮物在河流中流动,河流越弯曲,漂浮物就越容易汇聚在一起, 从而越容易被回收。
[0060] 在图1中,除了栅板"15"接地之外,其余所有栅板和极板均不接地,这对于尘埃颗 粒吸收是有好处的,因为,不管尘埃颗粒带电或不带电,它与带电极板同样具有电位差,因 此,同样会被带电的栅板和极板吸收,不过不带电的尘埃颗粒相对于带电的尘埃颗粒来说, 其受到电场的作用力只有带电尘埃颗粒的四分之一。
[0061] 图4是图1 一种高压静电空气净化装置实施方案采用的高压电源电路结构示意 图。图4所示的高压电源是一种倍压式高压开关电源。在图4中,BR1、C1为整流滤波电路, T1为高压开关变压器,Q1为电源开关管,01、02、03、04和02、03、04、05组成负高压输出倍 压整流电路,D5、D6、D7、D8和C6、C7、C8、C9组成正高压输出倍压整流电路,-HV1和-HV2 分别与图1中的第一负高压和第二负高压对应,HV1和HV2分别与图1中的第一正高压和 第二正高压对应。
[0062] 由于采用倍压整流电路,所以第二负高压-HV2和第二正高压HV2分别约等于第一 负高压-HV1输出和第一正高压HV1输出的两倍。高压输出电压的高低与栅板或极板之间 的距离大小相关,但高压电源输出的电压越高,对尘埃颗粒的吸收作用也越强,同时也越容 易产生臭氧。
[0063] 正常工作时,电源开关管Q1由PWM脉冲调制电路U1输出信号来驱动,当Q1导通 时,高压开关变压器T1次级线圈输出电压为正激输出,正激输出电压的幅度与输入电压Vc 成正比,还与T1初次级线圈的阻数比n(n=N2/N1)成正比;当Q1关断时,高压开关变压 器T1次级线圈输出电压为反激输出,反激输出电压的幅度除了与输入电压Vc和高压变压 器的匝数比n成正比之外,还与占空比D(导通时间与工作周期之比)成正比,改变电源开 关管Q1工作的占空比D,就可以改变高压开关变压器T1反激输出电压的幅度。由此可知, HV1或-HV1的值正好等于高压开关变压器T1次级线圈正、反激输出电压之和。
[0064] 图4中,U1为PWM脉冲调制电路,U2为输出电压控制电路,其中包括误差放大、过 压过流保护、时间延时和逻辑控制电路等,U3为工作状态显示及控制电路,属于数字电路单 元,U4是误差电压放大器。
[0065] 电阻R8、R9、R10为高压开关电源第一正高压HV1输出电压取样电阻,取样输出电 压为VI,此电压被送到输出电压控制电路U2中的误差放大电路进行放大,然后输出给PWM 脉冲调制电路U1,以改变电源开关管Q1工作的占空比D。改变电阻R9的阻值就可以改变 第一正高压HV1输出电压、以及HV2、-HV1、-HV2输出电压的大小。
[0066] 电阻R3、R4和R6、R7分别为第一负高压-HV1、第二负高压-HV2和第一正高压HV1、 第二正高压HV2,输出电路的限流电阻,调整输出电压的高低,以及调整R3、R4和R6、R7的 大小,就可以调整高压输出回路的工作电流。
[0067] 辅助高压电源由高压电源的第一负高压-HV1和第一正高压HV1分别通过电阻Rl 1 和R12对电容器C10和C11进行充电来取得,因为电容器C10和C11的容量相对取得比较 大,当其充满电后就可以把它当于一个高压辅助电源来使用,因此,充满电的电容器CIO和C11就相当于图1中的辅助电源51和52。
[0068] 电容器C10和C11的一端接地,另一端分别通过整流二极管D9和D10与第一负高 压-HV1和第一正高压HV1电压输出端连接。一般情况下,辅助高压电源(电容器C10和 C11)都是处于被充电状态,整流二极管D9和D10基本是不导通的,仅当主高压电源的输出 电压突然下降时,即吸附在栅板或极板上的尘埃颗粒已经达到一定的厚度时,整流二极管 D9和D10才会导通,整流二极管D9和D10导通后就相当于辅助高压电源被接通。
[0069]R1和R2分别为第一负高压-HV1和第一正高压HV1过流保护取样电阻,其取样输 出电压分别为V2、V3。V2、V3和VI均同时被送到电压控制电路U2和工作状态显示及控制 电路U3进行处理。U3为工作状态显示及控制电路,属于数字电路单元,其中包括MCU(微处 理器)和操作按键及IXD或LED显示等,U2和U3之间可进行数据交换。
[0070] 高压静电空气净化装置累计工作时间越长,在栅板和极板上面累积的垃圾也会越 多,当垃圾达到一定的厚度时,栅板或极板之间的绝缘电阻就会下降,此时,栅板或极板之 间就会产生电晕放电,其结果是流过两栅板或极板之间的电流就会显著增加,因此,取样电 阻R1和R2输出的取样电压V2、V3也会增加,通过监测V2、V3电压的瞬时值和平均值的大 小,就可以知道高压静电空气净化装置的工作状态。
[0071] 例如,当V2、V3的瞬时值和平均值均很大时,说明栅板和极板上面累积的垃圾已 经很厚,必须要进行垃圾清理。对栅板和极板之间积累垃圾的清理,可以采取分级进行清 理,例如,可以分人工、半自动、全自动清理等。
[0072] 当栅板和极板上面累积的垃圾达到一定的厚度时,首先,U3电路会输出警示信号, 提示栅板和极板上面累积的垃圾已经很厚,需要进行清理,此时,如果用人工进行清理,可 以把栅板和极板全卸下来,进行人工清洗;如果进行半自动清理,只需把半自动清理的按键 开关按下,机器将进行垃圾清理;如果要进行全自动清理,则不需要人工进行干预,当栅板 和极板上面累积的垃圾达到一定的厚度时,机器会自动进行垃圾清理。
[0073] 图4中,机器进行半自动或全自动垃圾清理的过程和原理是这样的,当机器要进 行垃圾清理时,U3会给U2输出一个控制信号,U2再把控制信号输出给U1,然后U1把输出给 Q1驱动信号的占空比提高,从而使第一负高压-HV1和第一正高压HV1的输出电压的值均提 高,此时,栅板或极板之间的空气将被高压击穿而打火,空气被击穿之后,电容器C10和C11 存储的电荷将通过两栅板(或极板)之间的空气进行放电,因空气被击穿时,栅板或极板之 间的动态电阻非常小,强大的放电电流会使空气产生热膨胀,瞬间就可以把累积在栅板和 极板上面的垃圾粉碎而落到垃圾收集盒中。这个过程相当于图1中的开关61和62被接通。
[0074] 图5是一种采用全栅板结构式的高压静电空气净化装置示意图。图5与图1的主 要区别是,在图5中没有使用极板,图1中原来安装极板的地方全部用栅板来取代。图5全 栅板结构式的高压静电空气净化装置与图1栅板和极板组合结构式的高压静电空气净化 装置各有优缺点。
[0075] 图1栅板和极板组合结构式的高压静电空气净化装置风阻相对比较小,风阻小的 好处是需要抽风机的功率相对比较小;但图1这种空气净化装置体积相对比较大,特别是 长度相对比较长,体积大的好处是可容纳垃圾的空间相对大一些,风量也相对也比较大,这 种栅板和极板组合结构式的高压静电空气净化装置可适用于空间比较大的场合。
[0076] 图5全栅板结构式的高压静电空气净化装置风阻相对比较大,因为栅板的风阻比 极板的风阻大,特别是通气孔互相错开的栅板,其风阻要比极板的风阻大好几倍,并且风速 很不均匀;其优点是,在同样外形尺寸的条件下,气流所通过的路径相对比较长,这样可缩 短空气净化装置外形长度或宽度,风速不均匀对吸收尘埃颗粒反而是好事,这种全栅板结 构的高压静电空气净化装置适用于空间相对比较小,对风量要求不高、而且对净化效果要 求很高的场合,如汽车、卧室、个人办公室等。

Claims (4)

1. 一种高压静电空气净化装置,这种装置分两种结构,一种为采用栅板和极板组合结 构式的高压静电空气净化装置,另一种为采用全栅板结构式的高压静电空气净化装置; 一种采用栅板和极板组合结构式的高压静电空气净化装置,其特征在于:这种装置主 要由多组互相绝缘、并分别带正、负高压电的栅板和极板组成,第一栅板带高压正电,第二 栅板带高压负电,第三栅板带高压正电,第四栅板带高压负电,依次类推,即,两栅板之间互 相带异性电荷,最后一块带电栅板带高压负电; 极板安装在两组栅板的中间,两极板之间互相带异性电荷,即:第一极板与第一正高压 (或第一负高压)连接,第二极板与第一负高压(或第一正高压)连接,第三极板与第一正 高压(或第一负高压)连接,第四极板与第一负高压(或第一正高压)连接,其余以此类推, 艮P,两极板之间互相带异性电荷; 在第一栅板与第二栅板之间安装有一对钨丝电极,其中一条钨丝电极与带高压正电的 第一栅板连接,另一条钨丝电极与带高压负电的第二栅板连接; 栅板和极板都是由导电材料制成的薄板,在栅板上面打有很多小孔,空气可从小孔中 经过,所以把这些小孔称为通风孔,而把这种带有很多通风孔的薄板称为栅板,把不带通风 孔的薄板称为极板,栅板与极板的安装方向互相垂直; 另一种采用全栅板结构式的高压静电空气净化装置,其特征在于:这种装置主要由多 组互相绝缘、并分别带正、负高压电的栅板组成,第一栅板带高压正电,第二栅板带高压负 电,第三栅板带高压正电,第四栅板带高压负电,依次类推,即,两栅板之间互相带异性电 荷,最后一块带电棚板带1¾压负电; 第一栅板的通风孔与第二栅板的通风孔互相错开,并在第一栅板与第二栅板之间安装 有一对钨丝电极,其中一条钨丝电极与带高压正电的第一栅板连接,另一条钨丝电极与带 高压负电的第二栅板连接。
2. -种如权利要求1所述的一种高压静电空气净化装置,其特征还在于,高压静电空 气净化装置使用的高压电源有四组不同电压值的高压输出,分别为:第一正高压、第二正高 压、第一负高压、第二负高压,第二正高压的输出电压高于第一正高压的输出电压,第二负 高压的输出电压高于第一负高压的输出电压;第二正高压输出与第一栅板连接,第一正高 压输出分别与第三栅板、第五栅板等(其余以此类推)连接,第一负高压输出分别与第二栅 板、第四栅板等(其余以此类推)连接,即:与第一正高压输出连接的栅板和与第一负高压 输出连接的栅板互相错开,第二负高压输出与最后一块带高压负电的栅板连接。
3. -种如权利要求1所述的高压静电空气净化装置,其特征还在于,这种装置使用的 高压电源还包括一组用于垃圾清理的辅助高压电源,辅助高压电源的正极和负极分别通过 一个整流二极管与高压电源的第一正高压输出和高压电源的第一负高压输出连接,即:辅 助高压电源的正极接整流二极管的正极,整流二极管的负极与高压电源的第一正高压的输 出端连接,辅助高压电源的负极接另一个整流二极管的负极,另一个整流二极管的正极与 高压电源的第一负高压的输出端连接。
4. 一种如权利要求1所述的高压静电空气净化装置,其特征还在于:这种装置在每组 栅板和极板的下面都安装有一个垃圾收集盒,用于对垃圾进行收集。
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