CN109442612A - 一种低功耗的空间洁净装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低功耗的空间洁净装置，包括顶端为开口设置的壳体、套设在壳体侧壁且临近壳体顶端位置的空气分子密度增强器、设置在壳体顶端的电子发射器、以及设置在壳体内腔的脉冲电源和自由电子能量调控器；空气分子密度增强器与脉冲电源的正极连接；电子能量调控器与脉冲电源的负极连接；电子发射器与电子能量调控器连接。该装置基于电子碰撞与传导原理，采用脉冲功率技术制造负氧离子浓度差的方法来形成高浓度负氧离子，提高了空气中小粒径负氧离子的含量，可以在低功率下产生高浓度的小粒径负氧离子，无需送风装置，无臭氧氮氧化物等有害物质生成，无辐射，不仅设备功率小节约能源，而且大大提高了空间洁净能力。

Description

一种低功耗的空间洁净装置
技术领域
本发明涉及空气净化设备领域，尤其涉及一种低功耗的空间洁净装置。
背景技术
负氧离子自被发现以来，其在临床治疗、保健，以及杀菌、降尘、净化空气等方面的功效已经被证实。市面上产生负氧离子的方法有两种，第一种是有源方法，即利用高压静电场、高频电场等电离空气产生负氧离子，然后借助于风机和其它手段，将负氧离子送到风机出口。第二种是利用天然无机矿石(如电气石、六环石、蛋白石、奇冰石、奇才石、古代海底矿物层等)产生负离子。
但是，前者为达到高负氧离子浓度需求不仅需要消耗较大功率去形成高压静电场和高频电场，而且通常需要用送风装置将负氧离子吹出，加快扩散速度，又会消耗大量的电能，因此会产生大量的能耗。而后者，若使用的天然无机矿石的量少时，负氧离子达不到理疗、净化空气等要求，用量多时，会有辐射。并且以上两种方式产生的小粒径负氧离子含量都比较有限，往往达不到较好的净化空气效果。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种低功耗的空间洁净装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种低功耗的空间洁净装置，
包括顶端为开口设置的壳体、套设在所述壳体外侧壁且临近所述壳体顶端位置的空气分子密度增强器、设置在所述壳体顶端的电子发射器以及设置在所述壳体的内腔的脉冲电源和自由电子能量调控器。
所述空气分子密度增强器与所述脉冲电源的正极连接，所述空气分子密度增强器用于接收所述脉冲电源的直流正压后在所述空气分子密度增强器周围产生正电荷。
所述电子能量调控器与所述脉冲电源的负极连接，所述电子能量调控器用于接收所述脉冲电源的直流负压后产生自由电子，并对所述自由电子的能量进行调控。
所述电子发射器与所述电子能量调控器连接，所述电子发射器用于接收经所述电子能量调控器调控能量后的自由电子，并发射到所述电子发射器外部。
本发明的有益效果是，通过设置空气分子密度增强器，接收所述脉冲电源的直流正压后在所述空气分子密度增强器周围产生正电荷，以吸引围绕在仪器周边、移动速度慢的大粒径负氧离子，从而造成机器周边的负氧离子浓度梯度差，外部污染空气大量涌入，重新与新一轮脉冲产生的自由电子结合形成新一批负氧离子。周而复始，不用借助风机即可产生高浓度的负氧离子，而且提高了空气中小粒径负氧离子含量和存活时间，且大大减小了功耗。另外，通过设置的电子能量调控器基于电子碰撞与传导原理来产生大量的负氧离子，电子发射端不必基于高压静电场和高频电场，即可生成负氧离子，提高了空气中小粒径负氧离子的含量，不仅设备功率小、没有辐射，而且进一步提高了空间洁净能力。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述自由电子能量调控器包括真空金属腔体、活性炭饼、自由电子传导线以及自由电子输出线；所述活性炭饼设置在所述真空金属腔体中且将所述真空金属腔体隔离为第一碰撞室和第二碰撞室。
所述第一碰撞室中设置有旋转铜靶材，所述旋转铜靶材的内腔安装有芒刺形放射阴极，所述芒刺形放射阴极连接所述自由电子传导线的一端，所述自由电子传导线的另一端延伸至所述真空金属腔体外与所述脉冲电源的负极连接。
所述第二碰撞室填充有永久偶极矩材料；所述自由电子输出线的一端连接所述第二碰撞室的内壁，另一端连接延伸至所述真空金属腔体外与所述电子发射器连接。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过第一碰撞室、第二碰撞室和活性炭饼组成的自由电子能量调控器，不仅结构简单，而且为自由电子提供了一个较好的碰撞环境，可让自由电子通过碰撞来调节电子的能量，以实现对电子能量进行自由控制。其中，通过设置活性炭饼，以利于电子传输，提高了碰撞效率。其中，通过采用芒刺形放射阴极，表面积大，极利于自由电子的放射，而芒刺形电极由于尖刺的影响，在较低电压状态下更容易释放自由电子。
进一步，所述永久偶极矩材料为多个电气石粉球，每个所述电气石粉球的表面包覆有铜网。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过将永久偶极矩材料设置为多个电气石粉球，每个所述电气石粉球的表面包覆有铜网，不仅保证良好的热电效应，而且能够防止粉球破碎污染腔体环境。
进一步，所述芒刺形放射阴极为石墨烯包覆的碳骨架。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过采用石墨烯包覆的碳骨架作为芒刺形放射阴极，相比普通金属及碳纤维尖端，导电导热性能更加突出。
进一步，所述空气分子密度增强器为倒圆台形金属件，所述倒圆台形金属件的中心开设有用于容置所述壳体的圆柱孔。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过倒圆台形金属件作为空气分子密度增强器，可以增加正电荷与大粒径负氧离子的接触面积，可以进一步形成大粒径负氧离子的浓度差，更有效地引入空气分子，增加空气分子密度，并增加小粒径负氧离子生成量。
进一步，所述倒圆台形金属件为空心设置，且所述倒圆台形金属件的壳体为双层镂空设置。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过将所述倒圆台形金属件设置为空心，且所述倒圆台形金属件的壳体为双层镂空设置，可以进一步增加正电荷与大粒径负氧离子的接触，以便后续空气分子密度的增强。
进一步，所述倒圆台形金属件的材质为铝合金。
采用上述进一步方案的有益效果是，采用铝合金作为倒圆台形金属件，具有较好的抗氧化性，可大大延长洁净装置的实用寿命。
进一步，所述电子发射器包括多个电子释放尖端和多个电子释放孔，多个所述电子释放尖端均匀分布在所述壳体顶端，且每个所述电子释放尖端分别安装在一个所述电子释放孔中，所述电子释放孔的形状为正多边形。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置多个电子释放尖端可以有效提高自由电子的释放率，可快速增大负氧离子浓度。
进一步，所述电子释放孔为正六边形。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过将电子释放尖端设置在正六边形的电子释放孔中，一方面可以进一步提高自由电子释放率，另一方面可以对电子释放尖端进行保护。
进一步，所述壳体的外侧壁还设置有液晶显示器。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过在壳体的外侧壁还设置液晶显示器，可以用于显示当前空气指数，以方便洁净装置的使用。
附图说明
图1为本发明实施例的低功耗的空间洁净装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的电子发射器的结构示意图；
图3为本发明实施例的空气分子密度增强器的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、脉冲电源，2、自由电子能量调控器，3、空气分子密度增强器，4、液晶显示器，5、电子释放尖端，6、电子释放孔；201、真空金属腔体，202、第一碰撞室，203、第二碰撞室，204、自由电子传导线，205、芒刺形放射阴极，206、旋转铜靶材，207、铜网，208、活性炭隔膜，209、电气石粉球，210、自由电子输出线，211、屏蔽套管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的一种低功耗的空间洁净装置，包括顶端为开口设置的壳体、套设在所述壳体外侧壁且临近所述壳体顶端位置的空气分子密度增强器3、设置在所述壳体顶端的电子发射器以及设置在所述壳体的内腔的脉冲电源1和自由电子能量调控器2。
所述空气分子密度增强器3与所述脉冲电源1的正极连接，所述空气分子密度增强器3用于接收所述脉冲电源1的直流正压后在洁净装置周围产生正电荷，以吸引仪器周边迁移速度较慢的大粒径负氧离子，造成负氧离子浓度差，从而使新的空气分子涌入洁净装置周围，达到增强空气分子密度的作用。
所述电子能量调控器与所述脉冲电源1的负极连接，所述电子能量调控器用于接收所述脉冲电源1的直流负压后产生自由电子，并对所述自由电子的能量进行调控。所述电子发射器与所述电子能量调控器连接，所述电子发射器用于接收经所述电子能量调控器调控能量后的自由电子，并发射到所述电子发射器外部。
可选地，如图2所示，所述电子发射器包括多个电子释放尖端5和多个电子释放孔6，多个所述电子释放尖端5均匀分布在所述壳体顶端，且每个所述电子释放尖端5分别安装在一个电子释放孔6中，且所述电子释放孔6的形状为正多边形。通过设置多个电子释放尖端5可以有效提高自由电子的释放率。
可选地，所述电子释放孔6为正六边形，通过将电子释放尖端5设置在正六边形的电子释放孔6中，一方面可以进一步提高自由电子释放率，另一方面可以对电子释放尖端5进行保护。
在实际应用场景中，由于洁净装置的功率由电流乘电压决定，电压决定电子的动能以及是否有臭氧等附加产物产生，电流决定电子束的密度，在装置功率与电压限定的情况下，电流的大小被限定。因此，本实施例采用脉冲功率技术中成熟的脉冲形成系统，通过脉冲电源1将脉冲能量在时间尺度上进行压缩，以增强在极短时间内的高峰值电子流密度。
然后，通过自由电子能量调控器2将电子流密度进一步增加，即对自由电子的电子能量进行调控，以得到合适能量的自由电子，再经过电子发射器将合适能量的自由电子释放到洁净装置的外部。
可选地，如图3所示，自由电子能量调控器2包括真空金属腔体201、活性炭饼、自由电子传导线204以及自由电子输出线210；所述活性炭饼设置在所述真空金属腔体201中且将所述真空金属腔体201隔离为第一碰撞室202和第二碰撞室203。
所述第一碰撞室202中设置有旋转铜靶材206，所述旋转铜靶材206的内腔安装有芒刺形放射阴极205，所述芒刺形放射阴极205连接所述自由电子传导线204的一端，所述自由电子传导线204的另一端延伸至所述真空金属腔体201外与所述脉冲电源1的负极连接。
所述第二碰撞室203填充有永久偶极矩材料；所述自由电子输出线210的一端连接所述第二碰撞室203的内壁，另一端连接延伸至所述真空金属腔体201外与所述电子发射器连接。
具体地，电子能量调控器对自由电子的能量进行调控时，首先，将芒刺形放射阴极205通过自由电子传导线204连接直流负高压电源，因为直流负高压与直流正高压相比，更容易激发电子。
然后，芒刺形阴极放射出的自由电子首先打在第一碰撞室202的旋转铜靶材206上，溅射出二次电子，能量峰值在15ev，二次电子经过铜网207和活性炭隔膜208与第二碰撞腔室内的永久偶极矩材料碰撞，热电效应激发出更多自由电子，自由电子通过自由电子输出线210输出。从而实现通过控制直流负高压的高低与碰撞腔内碰撞样品的多少来达到调节电子能量，并且在此基础上大大提高了电子数量。
其中，所述永久偶极矩材料为多个电气石粉球209，每个所述电气石粉球209的表面包覆有铜网。
可选地，所述活性炭饼包括一层活性炭隔膜208以及分别设置在活性炭隔膜208两侧的两层铜网207。通过用两层铜网207来支撑活性炭隔膜208，可以使活性炭隔膜稳208定地固定在真空金属腔体201中。
可选地，所述自由电子输出线210外还套装有屏蔽套管211，所述屏蔽套管211包括内层和外层，所述内层为镀锡铜丝钩织成的钩织网，所述外层由聚酯复丝材质制成。
具体地，当自由电子能量调控器2工作时，在真空金属腔内，高能电子在真空的第一碰撞室202内轰击旋转铜靶材206，旋转铜靶材206表面的电子逃逸出来形成二次电子，自由电子数量增加；二次电子轰击铜网包覆的电气石粉球209，在电子轰击所产生的热量下，由于热电效应进一步有大量电子释放出来。至此，一个高能电子入射产生多个电子，电子流密度进一步增加。
与此同时，由于常规负氧离子生成机长时间工作后，机器周边被负氧离子包围，形成机器周边负氧离子洁净空气与室内污染空气的浓度梯度。但是，因为室温不变，空气分子运动速度不变，大粒径负氧离子迁移速率较慢，迁移距离不超过1米，少量的小粒径负氧离子在污染空气的空间中存活时间很短即消失，使得外部的污染空气需要较长时间扩散到机器周边重新与自由电子结合形成新一批负氧离子，因此，常规负氧离子生成机需要借助风机将负氧离子吹出，加快扩散速度。此种方法耗费电能，且不能解决小粒径负氧离子浓度低的问题。
故在本实施例中借助了脉冲功率技术在静电除尘中的应用原理，来提高机器周边的空气分子密度。脉冲电源1通过高压脉冲产生一定的正电荷，并通过空气分子密度增强器3提高正电荷与外界大粒径负氧离子的接触。将装置周边迁移速度慢的大粒径负氧离子被正电荷吸收，从而造成机器周边的负氧离子浓度存在梯度差，使外部污染空气大量涌入，重新与新一轮脉冲产生的由自由电子发射器释放的自由电子进行结合，以形成新一批负氧离子。周而复始，不用借助风机即可产生高浓度的负氧离子，而且提高了空气中小粒径负氧离子含量和存活时间，从而，对一定空间内的空气起到净化作用。
可选地，如图2所示，所述壳体的外侧壁还设置有液晶显示器4。通过在壳体的外侧壁还设置液晶显示器4，可以用于显示当前空气指数，具体可以显示空气中PM2.5指数、负氧离子档位、以及AI智能控制系统连接状况，以方便洁净装置的使用。
可选地，所述芒刺形放射阴极205为石墨烯包覆的碳骨架。通过采用石墨烯包覆的碳骨架作为芒刺形放射阴极205，相比普通金属及碳纤维尖端，导电导热性能更加突出。
进一步，所述空气分子密度增强器为倒圆台形金属件，所述倒圆台形金属件的中心开设有用于容置所述壳体的圆柱孔。通过倒圆台形金属件作为空气分子密度增强器，可以增加正电荷与大粒径负氧离子的接触面积，可以进一步形成大粒径负氧离子的浓度差，更有效地引入空气分子，增加空气分子密度，并增加小粒径负氧离子生成量。
可选地，所述倒圆台形金属件为空心设置，且所述倒圆台形金属件的壳体为双层镂空设置。通过将所述倒圆台形金属件设置为空心，且所述倒圆台形金属件的壳体为双层镂空设置，可以进一步增加正电荷与大粒径负氧离子的接触，以便后续空气分子密度的增强。
需要说明的是，双层镂空设置的壳体包括了内层壳体和外壳体，内外层壳体形状相同，且均为镂空设置。具体可以参照公开号为CN2448719Y的一种镂空双层模压置花容器。
可选地，所述倒圆台形金属件的材质为铝合金。通过采用铝合金作为金属环，具有较好的抗氧化性，可大大延长洁净装置的实用寿命。
综上所述，本实施例的低功耗的空间洁净装置基于电子碰撞与传导原理，采用脉冲功率技术制造负氧离子浓度差的方法来形成高浓度负氧离子，提高了空气中小粒径负氧离子的含量，可以在低功率下产生高浓度的小粒径负氧离子，无需送风装置，无臭氧氮氧化物等有害物质生成，无辐射，不仅设备功率小节约能源，而且大大提高了空间洁净能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低功耗的空间洁净装置，其特征在于，包括顶端为开口设置的壳体、套设在所述壳体外侧壁且临近所述壳体顶端位置的空气分子密度增强器(3)、设置在所述壳体顶端的电子发射器以及设置在所述壳体的内腔的脉冲电源(1)和自由电子能量调控器(2)；
所述空气分子密度增强器(3)与所述脉冲电源(1)的正极连接，所述空气分子密度增强器(3)用于接收所述脉冲电源(1)的直流正压后在所述空气分子密度增强器(3)周围产生正电荷；
所述电子能量调控器与所述脉冲电源(1)的负极连接，所述电子能量调控器用于接收所述脉冲电源(1)的直流负压后产生自由电子，并对所述自由电子的能量进行调控；
所述电子发射器与所述电子能量调控器连接，所述电子发射器用于接收经所述电子能量调控器调控能量后的自由电子，并发射到所述电子发射器外部。
2.根据权利要求1所述的低功耗的空间洁净装置，其特征在于，所述自由电子能量调控器(2)包括真空金属腔体(201)、活性炭饼、自由电子传导线(204)以及自由电子输出线(210)；所述活性炭饼设置在所述真空金属腔体(201)中且将所述真空金属腔体(201)隔离为第一碰撞室(202)和第二碰撞室(203)；
所述第一碰撞室(202)中设置有旋转铜靶材(206)，所述旋转铜靶材(206)的内腔安装有芒刺形放射阴极(205)，所述芒刺形放射阴极(205)连接所述自由电子传导线(204)的一端，所述自由电子传导线(204)的另一端延伸至所述真空金属腔体(201)外与所述脉冲电源(1)的负极连接；
所述第二碰撞室(203)填充有永久偶极矩材料；所述自由电子输出线(210)的一端连接所述第二碰撞室(203)的内壁，另一端连接延伸至所述真空金属腔体(201)外与所述电子发射器连接。
3.根据权利要求2所述的低功耗的空间洁净装置，其特征在于，所述永久偶极矩材料为多个电气石粉球(209)，每个所述电气石粉球(209)的表面包覆有铜网。
4.根据权利要求2所述的低功耗的空间洁净装置，其特征在于，所述芒刺形放射阴极(205)为石墨烯包覆的碳骨架。
5.根据权利要求1所述的低功耗的空间洁净装置，其特征在于，所述空气分子密度增强器(3)为倒圆台形金属件，所述倒圆台形金属件的中心开设有用于容置所述壳体的圆柱孔。
6.根据权利要求5所述的低功耗的空间洁净装置，其特征在于，所述倒圆台形金属件为空心设置，且所述倒圆台形金属件的壳体为双层镂空设置。
7.根据权利要求5所述的低功耗的空间洁净装置，其特征在于，所述倒圆台形金属件的材质为铝合金。
8.根据权利要求1所述的低功耗的空间洁净装置，其特征在于，所述电子发射器包括多个电子释放尖端(5)和多个电子释放孔(6)，多个所述电子释放尖端(5)均匀分布在所述壳体顶端，且每个所述电子释放尖端(5)分别安装在一个所述电子释放孔(6)中，所述电子释放孔的形状为正多边形。
9.根据权利要求8所述的低功耗的空间洁净装置，其特征在于，所述电子释放孔(6)为正六边形。
10.根据权利要求1-9任一项所述的低功耗的空间洁净装置，其特征在于，所述壳体的外侧壁还设置有液晶显示器(4)。
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