CN105655876A - 一种低电压负氧离子发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低电压负氧离子发生器，包括相对设置的正电极和负电极，所述正电极和负电极固定安装在箱体上，其中，所述正电极为金属或导电聚合物电极，所述负电极为表面涂覆石墨烯的金属或导电聚合物电极，优选为表面涂覆石墨烯的多孔材料；所述正电极、负电极和反馈电路相连形成调节负氧离子浓度的电容器。本发明提供的低电压负氧离子发生器，通过相对设置的正电极和负电极形成调节负氧离子浓度的电容器，选用表面涂覆石墨烯的金属或导电聚合物电极作为负电极，通过增大负电极与空气的接触面积提高负氧离子的产率，从而能够在低电压下产生高活性的负氧离子，无伴生臭氧，产率可调，使用方便。

Description

一种低电压负氧离子发生器

技术领域

本发明涉及一种负氧离子发生器，尤其涉及一种低电压负氧离子发生器。

背景技术

空气负离子又称负氧离子，是指获得1个或1个以上的电子带负电荷的氧气离子。空气负离子是对人体健康非常有益的一种物质，并具有极佳的净化除尘、改善预防呼吸道疾病、改善睡眠、抗氧化、防衰老、清除体内自由基、降低血液粘稠度等特殊功效。目前，市面上广泛使用的负离子发生器都是使用高压发生电路电离空气中的氧分子从而产生氧气负离子的原理制成的。此种方法的弊端是需要较高的电压才能产生较多量的空气负离子，成本较高且存在安全隐患，并对环境产生电磁污染，除此之外，高电压电离空气的同时还生成诸如臭氧等污染物。

此后，为了解决高压电压和产生臭氧，对环境的电磁污染的弊端，有人提出利用紫外线光激发二氧化钛分子后发生光催化反应以实现低电压产生负氧离子，但是光催化系统的负氧离子产率受到光源功耗的影响，能效不高且结构复杂。申请号为：201010122547.0的名为《一种氧负离子发生器》的中国发明专利（申请公布号为CN101771242A）在此基础上作出了改进，移去光源装置，利用二氧化钛与氧气接触时发生氧化还原反应，电子由二氧化钛向氧气转移，使氧气分子离子化，再在低电压条件下补充给二氧化钛电子使得其源源不断地产生负氧离子。但是事实上，二氧化钛在不给紫外光照射的条件下，很难和氧气接触发生反应，即使发生氧化还原反应，也是极其微量的，低电压条件下难以维持反应的持续进行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低电压负氧离子发生器，能够在低电压下产生高活性的负氧离子，无伴生臭氧，产率可调，易于整合于多种应用系统。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种低电压负氧离子发生器，包括相对设置的正电极和负电极，所述正电极和负电极通过电极固定装置安装在箱体上，其中，所述正电极为金属或导电聚合物电极，所述负电极为表面涂覆石墨烯的金属或导电聚合物电极，所述正电极、负电极和反馈电路相连形成调节负氧离子浓度的电容器。

上述的低电压负氧离子发生器，其中，所述负电极为表面涂覆石墨烯的金属纤维多孔材料、三维蜂窝状金属或泡沫金属。

上述的低电压负氧离子发生器，其中，所述正电极和负电极均为平板式电极板。

上述的低电压负氧离子发生器，其中，所述正电极为杆状电极棒，所述负电极为平板式电极板。

上述的低电压负氧离子发生器，其中，所述正电极和负电极均为锯齿式电极板，所述两块锯齿式电极板相互咬合并形成有间隙。上述的低电压负氧离子发生器，其中，所述正电极为杆状电极棒，所述负电极为中空的圆筒式电极板，所述杆状电极棒贯穿整个中空的圆筒式电极板，所述杆状电极棒和圆筒式电极板同轴设置并形成有间隙。

上述的低电压负氧离子发生器，其中，所述正电极为杆状电极棒，所述负电极为螺旋状通道，所述螺旋状通道为内壁涂覆石墨烯的金属或导电聚合物，所述杆状电极棒设置在螺旋状通道的中心并形成有间隙。

上述的低电压负氧离子发生器，其中，所述反馈电路为直流开关电路，当反馈电路检测到空气中的负氧离子浓度达到预设上限时，自动隔断所述反馈电路使得所述电容器放电；当空气中负氧离子浓度再度下降到预设下限时，所述反馈电路连通使得所述电容器储能充电。

上述的低电压负氧离子发生器，其中，所述箱体底部设有进风口、风机和盒盖，所述盒盖上位于正电极板和负电极板处开设有出风口。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的低电压负氧离子发生器，通过相对设置的正电极和负电极形成调节负氧离子浓度的电容器，选用表面涂覆石墨烯的金属或导电聚合物电极作为负电极，优选为表面涂覆石墨烯的多孔材料，例如金属纤维多孔材料、泡沫金属等，通过增大负电极与空气的接触面积提高负氧离子的产率，从而能够在低电压下产生高活性的负氧离子，无伴生臭氧，产率可调，使用方便。

附图说明

图1为本发明低电压负氧离子发生器第一实施例结构示意图；

图2为本发明低电压负氧离子发生器第二实施例结构示意图；

图3为本发明低电压负氧离子发生器第三实施例结构示意图；

图4为本发明低电压负氧离子发生器第四实施例结构示意图；

图5为本发明低电压负氧离子发生器第五实施例结构示意图。

图中：

1反馈电路2进风口3箱体

4正电极5负电极6盒盖

7出风口8电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明低电压负氧离子发生器第一实施例结构示意图。

请参见图1，本发明提供的低电压负氧离子发生器包括相对设置的正电极4和负电极5，所述正电极4和负电极5通过电极固定装置（图中省略）安装在箱体3上，其中，所述正电极4为金属或导电聚合物电极，所述负电极5为表面涂覆石墨烯的金属或导电聚合物电极，所述正电极4、负电极5和反馈电路1相连形成调节负氧离子浓度的电容器。

本发明提供的低电压负氧离子发生器，所述低电压是指不致使电极间的空气产生电离的电压。所述正电极4的材质为金属或导电聚合物，优选为铝箔。所述负电极5的材质可以是表面涂覆石墨烯的金属或导电聚合物电极，优选为石墨烯包覆的多孔材料，所述多孔材料为金属纤维多孔材料、泡沫金属。所述正电极4和负电极5之间留有适当空隙并优选采用平板结构。所述反馈电路1具有连通和隔断电路的功能，其作用是当空气中负氧离子浓度达到一个上限时隔断电路，电容器放电，当空气中负氧离子浓度达到一个下限时连通电路，电容器储能。箱体3、盒盖7和固定连接装置（图中省略）的材质均为不导电塑料。当该装置工作时，大量空气由风机鼓入，从进风口进入装置；通电后，低压直流电流经，负电极表面石墨烯的自由电子数量增加，在氧气吸附脱附的这一动态平衡过程中，带负电的氧气脱附，空气中氧气继续吸附在电极表面。从而使得空气中的氧气不断带上负电荷逃逸，并从出风口7逃逸至箱体外，进入室内。当反馈电路1检测到空气中的负氧离子浓度达到上限时，自动隔断电路，当空气中负氧离子浓度再度下降到下限时，电路连通。所述反馈电路1可以和电容器等组件置于一个箱体3内，也可以置于箱体外，分开使用，不影响负氧离子的能效。作为该装置的一种变形如图2所示，正电极4也可以是杆状结构。因此，不拘泥于正极的形状结构，保证负极与空气有较大接触面积即可。

本发明提供的低电压负氧离子发生器，工作原理如下：石墨烯是碳原子紧密堆积而成的单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。研究表明，石墨烯具有类似于活性炭的天然吸附性，氧气分子能够物理吸附在石墨烯的表面且氧-氧之间的相互作用减弱。这主要是由于氧气分子与碳原子之间会发生电荷转移，具体来说，在石墨烯表面游离着大量的自由电子，且它的游离态电子与金属中游离态电子不同在于电子与碳原子的结合没有电子与金属原子的结合那么紧密，一旦氧气分子吸附在石墨烯表面时，它获得了与它最近邻碳原子的电荷，与它次近邻的碳原子也贡献了一小部分电子给氧气分子，同时氧气分子自身的电荷发生了重新排布，氧-氧之间一小部分电荷转移到氧气分子两侧。氧气分子在石墨烯表面的解析能是2.39eV，该解析能远远小于氧气分子的O-O键能，所以当氧气分子物理吸附在石墨烯表面，理论上使得带电荷氧分子易于脱离石墨烯表面。石墨烯具有类似于活性炭的天然吸附性，氧气分子物理吸附在涂覆有石墨烯的金属或导电聚合物电极表面时，石墨烯中的游离电子由碳原子转移到氧原子上，形成负氧离子，通电后，石墨烯表面的自由电子数量增加，在氧气吸附脱附的这一动态平衡过程中，带负电的氧气脱附，空气中氧气继续吸附在电极表面。从而使得空气中的氧气不断带上负电荷逃逸。

图3为本发明低电压负氧离子发生器第三实施例结构示意图。

请继续参见图3，该装置由反馈电路1，进风口2，箱体3，正电极4，负电极5，盒盖6，出风口7，电机8组成。

本发明提供的低电压负氧离子发生器，所述低电压是指不致使电极间的空气产生电离的电压。所述正电极4的材质为金属或导电聚合物，优选为铝箔。所述负电极5的材质为可以是表面涂覆石墨烯的金属或导电聚合物电极，优选为涂覆石墨烯的多孔材料，例如金属纤维多孔材料、泡沫金属等。正负电极呈两排锯齿互相咬合的结构，每个锯齿与锯齿之间留有适当空隙，利于空气流通，锯齿的个数不仅限于图中所示，理论上锯齿的个数越多，氧气与石墨烯电极的接触面积越大，则负氧离子的产率越高。所述反馈电路1具有连通和隔断电路的功能，其作用是当空气中负氧离子浓度达到一个上限时隔断电路，电容器放电，当空气中负氧离子浓度达到一个下限时连通电路，电容器储能。箱体3、盒盖6和固定连接装置（图中省略）的材质为不导电塑料。当该装置工作时，大量空气由风机鼓入，从进风口进入装置；通电后，低压直流电流经，负电极5的“锯齿”上石墨烯表面的自由电子数量增加，在氧气吸附脱附的这一动态平衡过程中，带负电的氧气脱附，空气中氧气继续吸附在电极表面。从而使得空气中的氧气不断带上负电荷逃逸，并从出风口7逃逸至箱体外，进入室内。当反馈电路检测到空气中的负氧离子浓度达到上限时，自动隔断电路，当空气中负氧离子浓度再度下降到下限时，电路连通。所述反馈电路1可以和电容器等组件置于一个箱体3内，也可以置于箱体外，分开使用，不影响负氧离子的能效。

图4为本发明低电压负氧离子发生器第四实施例结构示意图。

请继续参见图4，该装置由1，进风口2，箱体3，正电极4，负电极5，盒盖6，出风口7，电机8组成。

本发明提供的低电压负氧离子发生器，所述低电压是指不致使电极间的空气产生电离的电压。所述电容器的正负电极是圆筒状的结构，正电极4是贯穿圆筒的杆状电极，材质是金属或导电聚合物电极；负电极5是环绕杆状正极的圆筒，材质可以是表面涂覆石墨烯的金属或导电聚合物电极，优选为内表面涂覆石墨烯的多孔材料，例如金属纤维多孔材料、泡沫金属等。杆状正极和筒状负极之间留有一定空隙。反馈电路1具有连通和隔断电路的功能，其作用是当空气中负氧离子浓度达到一个上限时隔断电路，电容器放电，当空气中负氧离子浓度达到一个下限时连通电路，电容器储能。箱体3、盒盖6和固定连接装置（图中省略）的材质为不导电塑料。。当该装置工作时，大量空气由风机鼓入，从进风口进入装置，并被送入圆筒状电容器内，通电后，低压直流电流经，负电极5的石墨烯表面的自由电子数量增加，在氧气吸附脱附的这一动态平衡过程中，带负电的氧气脱附，空气中氧气继续吸附在电极表面。从而使得空气中的氧气不断带上负电荷逃逸，并从出风口7逃逸至箱体外，进入室内。当反馈电路检测到空气中的负氧离子浓度达到上限时，自动隔断电路，当空气中负氧离子浓度再度下降到下限时，电路连通。所述反馈电路1可以和电容器等组件置于一个箱体3内，也可以置于箱体外，分开使用，不影响负氧离子的能效。

图5为本发明低电压负氧离子发生器第四实施例结构示意图。

请继续参见图5，该装置由该装置由反馈电路1，进风口2，箱体3，正电极4，负电极5，盒盖6，出风口7，电机8组成。

本发明提供的低电压负氧离子发生器，所述低电压是指不致使电极间的空气产生电离的电压。所述正电极为杆状电极棒，所述负电极为螺旋状通道，通道为内壁涂覆石墨烯的金属或导电聚合物，优选为内表面涂覆石墨烯的多孔材料，例如金属纤维多孔材料、泡沫金属等制成，所述杆状电极棒设置在螺旋状通道的中心并形成有间隙。反馈电路1具有连通和隔断电路的功能，其作用是当空气中负氧离子浓度达到一个上限时隔断电路，电容器放电，当空气中负氧离子浓度达到一个下限时连通电路，电容器储能。箱体3、盒盖6和固定连接装置（图中省略）的材质为不导电塑料。当该装置工作时，大量空气由风机鼓入，从进风口进入装置，并被送入螺旋状通道内；通电后，低压直流电流经，通道内表面的石墨烯表面的自由电子数量增加，在氧气吸附脱附的这一动态平衡过程中，带负电的氧气脱附，空气中氧气继续吸附在电极表面，从而使得空气中的氧气不断带上负电荷逃逸，并从出风口8逃逸至箱体外，进入室内。当反馈电路检测到空气中的负氧离子浓度达到上限时，自动隔断电路，当空气中负氧离子浓度再度下降到下限时，电路连通。所述反馈电路1可以和电容器等组件置于一个箱体3内，也可以置于箱体外，分开使用，不影响负氧离子的能效。

综上所述，本发明提供的低电压负氧离子发生器，通过相对设置的正电极4和负电极5形成调节负氧离子浓度的电容器，选用表面涂覆石墨烯的金属或导电聚合物电极作为负电极；采用金属或导电聚合物电极做正电极，利用石墨烯动态吸附氧气这一特殊性能，实现了低压条件下产生负氧离子，整个过程不产生臭氧等有害物质，不存在安全隐患；负电极5优选为表面涂覆石墨烯的多孔材料，例如金属纤维多孔材料、泡沫金属等，材料本身具有较大的比表面积，极大地增加了氧气和石墨烯的接触面积，大幅提高其负氧离子产率达到实用水平；整个装置结构简单灵活，适用性强，高效环保，性能稳定，使用寿命长。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种低电压负氧离子发生器，包括相对设置的正电极（4）和负电极（5），所述正电极（4）和负电极（5）通过固定安装在箱体（3）上，其特征在于，所述正电极（4）为金属或导电聚合物电极，所述负电极（5）为表面涂覆石墨烯的金属或导电聚合物电极，所述正电极（4）、负电极（5）和反馈电路（1）相连形成调节负氧离子浓度的电容器。

2.如权利要求1所述的低电压负氧离子发生器，其特征在于，所述负电极（5）为表面涂覆石墨烯的金属纤维多孔材料、三维蜂窝状金属或泡沫金属。

3.如权利要求1所述的低电压负氧离子发生器，其特征在于，所述正电极（4）和负电极（5）均为平板式电极板。

4.如权利要求1所述的低电压负氧离子发生器，其特征在于，所述正电极（4）为杆状电极棒，所述负电极（5）为平板式电极板。

5.如权利要求1所述的低电压负氧离子发生器，其特征在于，所述正电极（4）和负电极（5）均为锯齿式电极板，所述两块锯齿式电极板相互咬合并形成有间隙。

6.如权利要求1所述的低电压负氧离子发生器，其特征在于，所述正电极（4）为杆状电极棒，所述负电极（5）为中空的圆筒式电极板，所述杆状电极棒贯穿整个中空的圆筒式电极板，所述杆状电极棒和圆筒式电极板同轴设置并形成有间隙。

7.如权利要求1所述的低电压负氧离子发生器，其特征在于，所述正电极（4）为杆状电极棒，所述负电极（5）为螺旋状通道，所述螺旋状通道为内壁涂覆石墨烯的金属或导电聚合物，所述杆状电极棒设置在螺旋状通道的中心并形成有间隙。

8.如权利要求1所述的低电压负氧离子发生器，其特征在于，所述反馈电路（1）为直流开关电路，当反馈电路检测到空气中的负氧离子浓度达到预设上限时，自动隔断所述反馈电路使得所述电容器放电；当空气中负氧离子浓度再度下降到预设下限时，所述反馈电路连通使得所述电容器储能充电。

9.如权利要求1～8任一项所述的低电压负氧离子发生器，其特征在于，所述箱体（3）上设有进风口（2）、风机（8）和盒盖（6），所述盒盖（6）上位于正电极（4）和负电极（5）处开设有出风口（7）。