CN109980533A - 一种纳米水离子发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种纳米水离子发生装置，一种纳米水离子发生装置，包括由一个P型半导体和一个N型半导体组成的半导体晶粒对,所述半导体晶粒对一端为制冷端，另一端为散热端；还包括凝水盘、放电电极和定压电极；所述凝水盘与所述半导体晶粒对的制冷端电连接；所述放电电极一端为吸水端，且所述吸水端靠近所述凝水盘，所述放电电极另一端为放电端；所述定压电极设置于所述放电电极侧部。本发明可应用于空气净化、杀菌消毒、美容美发和保湿保鲜等领域。

Description

一种纳米水离子发生装置

技术领域

本发明涉及一种纳米水离子发生装置，属于空气净化、杀菌消毒、美容美发和保湿保鲜领域。

背景技术

纳米水离子具有粒径小5-60nm、寿命长传播半径达10米、含水量高为负离子的1000倍、呈弱酸性亲和发肤、高效清洁、分解甲醛VOCs、除异味、除雾霾PM2.5、杀菌消毒、美容美发、保湿保鲜等诸多优点，逐渐成为空气净化、除甲醛去异味、杀菌消毒、保湿保鲜、美容美发、个人护理等领域的研究热点。既有纳米水离子发生装置，如对比文件1申请号2016020403170.9提供了一种纳米水离子空气净化装置，对比文件2申请号201710597533.6提供了一种基于制冷单元的纳米水离子发生装置及制冷单元制作方法，对比文件3申请号201710238050.7提供了一种无需加水的纳米水离子发生方法及装置，均能够实现从空气中冷凝取水，制造纳米水离子，但主要存在以下三大不足：

(1)凝水不稳定：对比文件1-3，均采用放电电极尖端凝水的方式来制造纳米水离子，由于传热温度梯度的存在，为了在一年四季都能从空气中冷凝取水，放电电极的尖端需要维持一个极低的温度，带来较大的电耗浪费，在夏天气温高、空气湿度大时，放电电极经常凝水过量，需设置专门的吸水或挡水机构，不但增加了装配或加工的难度，而且外覆的吸水、挡水机构或放电电极内部中空形成的吸水结构常常失灵、不能发挥吸水/挡水功效，在冬天气温低、空气湿度小时，放电电极经常结霜或结冰，导致纳米水离子不能产生。

(2)放电电极易腐蚀：对比文件1-3，放电电极均为一根金属针，不但用来凝水，还用来放电，虽然放电电极整体采用或外周镀有耐腐蚀的贵金属，但随着使用时间的增加，放电电极的放电尖端易损耗、出现粗糙的表面，导致尖端放电不稳定，不能长期稳定的制造纳米水离子。

(3)高压电场不稳定：对比文件1-3，由于缺乏必要的高电压定压/定位机构，对放电电极和高压电极之间加载高电压时，很容易发生高压电压漂移或放电电流冲击，导致与放电电极直接相电连接的半导体晶粒被击穿，存在安全隐患。

本发明通过巧妙设置纳米水离子发生装置的结构，解决了以上问题并大大地简化了其生产工艺，可长期、安全、稳定、高效地制造纳米水离子。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供一种纳米水离子发生装置。

本发明采用的技术方案为：

一种纳米水离子发生装置，包括由一个P型半导体和一个N型半导体组成的半导体晶粒对,所述半导体晶粒对一端为制冷端，另一端为散热端；还包括凝水盘、放电电极和定压电极；所述凝水盘与所述半导体晶粒对的制冷端电连接；所述放电电极设置于所述凝水盘上方；所述放电电极一端为吸水端，且所述吸水端靠近所述凝水盘，所述放电电极另一端为放电端；所述定压电极设置于所述放电电极侧部。

进一步地，所述放电电极包括多根容易激发出正负离子或负离子的耐腐蚀、亲水性的导体丝/束和绝缘保温层，所述绝缘保温层设置于所述导体丝/束外周，且所述导体丝/束两端均凸出所述绝缘保温层。

进一步地，还包括定位针，所述定位针设置于所述凝水盘上。

进一步地，还包括基板，所述基板与所述半导体晶粒对的散热端电连接，所述基板上、下表面均设有左右对称的导体覆层，所述导体覆层之间电连接，其中，靠近半导体晶粒对一侧的导体覆层与所述半导体晶粒对的散热端电连接，且所述基板上均匀设有多个贯穿所述导体覆层的散热孔。

进一步地，所述定压电极一端与所述放电电极电连接，所述定压电极另一端与所述导体覆层电连接。

进一步地，还包括设置于所述放电电极上方的接收电极。

进一步地，所述接收电极包括环状的水离子发射口和凸出的接线端，所述接线端设置于所述水离子发射口侧部，其中，所述接线端与高压电源电连接。

进一步地，还包括支撑固定机构，所述支撑固定机构包括从下往上依次设置的螺丝孔柱、支撑台面和支撑柱，其中，所述螺丝孔柱与基板固定连接，所述支撑柱与所述接收电极固定连接，所述支撑台面分别与所述螺丝孔柱、支撑柱固定连接。

进一步地，所述支撑台面中部设有支撑孔。

进一步地，所述放电电极贯穿所述支撑孔，且所述放电电极与所述支撑孔固定连接。

采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为一种纳米水离子发生装置，与现有的纳米水离子发生装置相比，本发明采用的技术方案通过巧妙设计各部件结构以及布置，在提高装置整体效能的同时大大简化了装置结构，本技术方案主要创新性如下：

(1)提高制冷效率和冷量传递效率，保障凝水稳定：半导体晶粒对通过焊接直接与凝水盘电连接，半导体晶粒对的制冷端在热电效应下产生的冷量传递给凝水盘，大大地提高了制冷效率，并在凝水盘上直接冷凝取水，而不用把冷量再次传递给放电电极或尖端，极大的提高了冷量的传递效率，减少了设计制冷量，降低了装置的电耗，只需一对半导体晶粒即可满足相应的制冷量需要，也可极大的降低所需的散热量，同时在凝水盘上直接凝水，不但冷量利用率高，而且增大了凝水面积，大大地降低了凝水的难度，保障纳米水离子制造所需的水源的持续稳定，也增加了纳米水离子的产量。此外，由多根亲水的导体丝/束组成的放电电极不但具有良好的吸水功能，而且具有良好的蓄水功能，实现冷凝水量的自平衡调节，保障冷凝水的持续和稳定。

(2)稳定高压电场，保障装置的长期安全运行：放电电极采用多根容易激发出正/负离子的耐腐蚀、亲水性的导体制成，避免了采用一根耐腐蚀的金属放电电极长期运行时放电尖端易损耗、导致尖端放电断断续续、高压电场不稳的情况，大大地提高了放电电极的使用寿命。同时，对放电电极施加稳定电压用的恒定电源，维持高压电场的稳定和恒定，同时分担放电电流，从而避免高压电压漂移或放电电流的冲击，导致半导体晶粒对被击穿的风险，保障纳米水离子发生装置的长期安全、稳定的运行。

(3)强化高压电场，增加纳米水离子的发生量：利用凝水盘直接从空气中冷凝取水，大大地降低了凝水的难度，放电电极从凝水盘吸水，由多根亲水的导体组成的放电电极不但具有良好的吸水和蓄水功能，实现冷凝水量的自平衡调节，保障纳米水离子制造所需的水源的持续和稳定，而且非常容易激发出高浓度的正离子或负离子，形成稳定的多路放电通道，强化高压电场，维持高压电场的持续和稳定，从而可以更高效地把冷凝水电离分裂成纳米水离子。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或者现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例一中的一种纳米水离子发生装置的结构示意图；

图2为实施例一中局部A的结构示意图；

图3为实施例二中的一种纳米水离子发生装置的结构示意图；

图4为实施例二中局部B的结构示意图；

图5为实施例三中的一种纳米水离子发生装置的结构示意图；

图6为实施例三中局部C的结构示意图；

图7为实施例四中的一种纳米水离子发生装置的结构示意图；

图8为实施例四中局部D的结构示意图。

图中：1A-P型半导体；1B-N型半导体；2-凝水盘；21-定位针；3-放电电极；31-导体丝/束；32-绝缘保温层；4A-定压电极；4B-定压电极；5-基板；51-导体覆层；6-接收电极；61-水离子发射口；62-接线端；71-螺丝孔柱；72-支撑台面；73-支撑柱；721-支撑孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例一：

参阅图1、2，本实施例提供了一种纳米水离子发生装置，包括由一个P型半导体1A和一个N型半导体1B组成的半导体晶粒对,所述半导体晶粒对一端为制冷端，另一端为散热端；还包括凝水盘2、放电电极3和定压电极；所述凝水盘2与所述半导体晶粒对的制冷端电连接；所述放电电极3设置于所述凝水盘2上方；所述放电电极3一端为吸水端，且所述吸水端靠近所述凝水盘2，所述放电电极3另一端为放电端；所述定压电极设置于所述放电电极3侧部。

具体地，工作过程中，所述凝水盘2处的温度略低于所述放电电极3处的温度，有利于更多的水蒸气在凝水盘2处凝结。例如，当放电电极3处的温度为6℃时，凝水盘31处的温度仅为3℃。

具体地，所述凝水盘2采用导电材料制成，如导电导热性能较好的铜、不锈钢、钛、银、镍等。

进一步地，所述放电电极3包括多根容易激发出正负离子或负离子的耐腐蚀、亲水性的导体丝/束31和绝缘保温层32，所述绝缘保温层32设置于所述导体丝/束31外周，且所述导体丝/束31两端均凸出所述绝缘保温层32。

具体地，所述绝缘保温层32设置于所述导体丝/束31外周，用于固定支撑和保温多根导体丝/束31。

具体地，所述绝缘保温层32由硅胶、铁氟龙等耐腐蚀、耐高压的绝缘、保温材料制成。

具体地，所述导体丝/束31由多根碳纤维、富勒烯、石墨烯纤维或泡沫金属等耐腐蚀、亲水性的导体丝/束组成，其不但具有良好的吸水和蓄水功能，实现冷凝水量的自平衡调节，保证水源持续和稳定，而且非常容易激发出高浓度的正离子或负离子，形成多通路放电，强化高压电场，维持高压电离电场的持续和稳定，以持续、高效地制造纳米水离子。

具体地，所述放电电极3的吸水端的导体丝/束31凸出所述绝缘保温层32的距离为0.1-2mm，并且与所述凝水盘2相接触或者间隔0.1-1mm，以便于所述导体丝/束从所述凝水盘2处顺利吸水。

具体地，所述放电电极3的放电端的导体丝/束31凸出所述绝缘保温层32的距离为0.5-5mm，以形成多通路放电，大量制造纳米水离子。

进一步地，还包括基板5，所述基板5与所述半导体晶粒对的散热端电连接，所述基板5上、下表面均设有左右对称的导体覆层51，所述导体覆层51之间电连接，其中，靠近半导体晶粒对一侧的导体覆层51与所述半导体晶粒对的散热端电连接，且所述基板5上均匀设有多个贯穿所述导体覆层51的散热孔。

具体地，所述导体覆层51通过焊接等方式分别与所述半导体晶粒对的散热端电连接；所述凝水盘2通过焊接等方式分别与所述半导体晶粒对的制冷端电连接，半导体晶粒对的制冷端在热电效应下产生的冷量直接传递给凝水盘2、并向放电电极3传递，空气中的水蒸气在凝水盘2和放电电极3上同时冷凝以高效制取冷凝水。

具体地，所述基板5采用绝缘材料制成，如导热性能较好的陶瓷、PCB板等。

具体地，所述导体覆层51采用导电材料制成，如导电导热性能较好的铜、银等，并通过DBC、DPC、电镀等技术覆于基板2上。

进一步地，所述定压电极一端与所述放电电极3电连接，所述定压电极另一端与所述导体覆层51电连接。

具体地，所述定压电极采用耐腐蚀的导电材料制成，如不锈钢、钛、银、镍等。

可选地，本实施例中采用的定压电极4A为一根L型导体，所述定压电极4A一端与所述放电电极3电连接，所述定压电极4A另一端与所述靠近半导体晶粒对一侧的导体覆层51电连接。

具体地，所述定压电极4A远离放电电极3的一端通过过螺丝钉固定于所述支撑台面72上，并与所述靠近半导体晶粒对一侧的导体覆层51电连接。

进一步地，还包括设置于所述放电电极3上方的接收电极6。

进一步地，所述接收电极6包括环状的水离子发射口61和凸出的接线端62，所述接线端62设置于所述水离子发射口61侧部，其中，所述接线端62与高压电源电连接。

具体地，所述接收电极6采用耐腐蚀的导电材料制成，如不锈钢、钛等。

具体地，在工作过程中，由于同电性相斥，所述导体丝/束31会分散开，不仅增加了所述导体丝/束31与所述接收电极6及定位电极4A之间的电场强度，同时分散开的导体丝/束31有利于吸收更多的冷凝水，制造出更多的纳米水离子。

进一步地，还包括支撑固定机构，所述支撑固定机构包括从下往上依次设置的螺丝孔柱71、支撑台面72和支撑柱73，其中，所述螺丝孔柱71与基板5固定连接，所述支撑柱73与所述接收电极6固定连接，所述支撑台面72分别与所述螺丝孔柱71、支撑柱73固定连接。

可选地，所述支撑固定机构可由从下往上依次设置的螺丝孔柱71、支撑台面72和支撑柱73一体成型组成。

进一步地，所述支撑台面72中部设有支撑孔721。

进一步地，所述放电电极3贯穿所述支撑孔721，且所述放电电极3与所述支撑孔721固定连接。

具体地，该纳米水离子发生装置利用基板上的4个带有散热孔且表面积较大的导体覆层51强化散热，提高制冷和散热效率，使得空气中的水蒸气直接在凝水盘2上冷凝以高效获取冷凝水，冷凝水被亲水性的导体丝/束31吸走，并在放电电极3的放电端聚集，通过定压电极4A对放电电极3施加稳压电源，以稳定放电电极3上的电压，同时对放电电极3和接收电极6之间施加高电压，在放电电极3和接收电极6之间形成一个稳定的高压电场，并在放电电极3的放电端形成多通路放电，从水离子发射口61处持续、高效的释放大量纳米水离子。

实施例二：

参阅图3、4，在实施例一的基础上，本实施例中还包括定位针21，所述定位针21设置于所述凝水盘2上。

具体地，所述定位针21可与凝水盘2一体成型或焊接固定于所述凝水盘2的中心，用以支撑、定位所述放电电极3，同时温度较低的定位针21也可以在放电电极3内部的导体丝/束31上直接冷凝出液体水珠，增加冷凝水量。

实施例三：

参阅图5、6，在实施例一的基础上，本实施例中采用的定压电极4B为一根与所述放电电极3垂直的导体，所述定压电极4B指向所述放电电极3的一端与所述靠近半导体晶粒对一侧的导体覆层51电连接，所述定压电极4B另一端与稳压电源电连接。

具体地，所述定压电极4B指向放电电极3的一侧通过螺丝钉固定于所述支撑台面72上，并与所述靠近半导体晶粒对一侧的导体覆层51电连接。

实施例四：

参阅图7、8，在实施例三的基础上，本实施例中还包括定位针21，所述定位针21设置于所述凝水盘2上。

具体地，所述定位针21可与凝水盘2一体成型或焊接固定于所述凝水盘2的中心，用以支撑、定位所述放电电极3，同时温度较低的定位针21也可以在放电电极3内部的导体丝/束31上直接冷凝出液体水珠，增加冷凝水量。

可选地，实施例一至实施例四中，放电电极3中的导体丝/束31均采用碳纤维束24K，放电电极3所加载的高压电压为+4V，稳压电源均采用12V直流电源。

具体实验数据如表1所示：

具体地，背景技术中的对比文件1-3中的数据也在表1中有所体现。

表1.不同类型的纳米水离子发生装置实验数据表

由表1可得出如下结论：

(1)对比文件1所述装置，由于制冷和散热效率低下需要多次传热，导致其功率非常大，为本实施案例的7倍多，所需散热量巨大，在没有外置风机加速散热的情况下，针尖的凝水会被迅速蒸发或者针尖的温度降低不下来而不能凝水，无法长期稳定的工作。

(2)对比文件2和3所述装置，长期运行时使冷凝水过量，导致放电终止，即使设置防止冷凝水过量的挡水垫片，仍然无法保证针尖的长期稳定放电，而且由于均未对放电电极设置定压/稳压电源，导致半导体晶粒有被击穿失效的风险，无法长期安全、稳定的运行。

(3)实施案例一至四中的定压放电电极均采用2.4万根24K碳纤维组成，均加载低压稳压电源，长期运行时，不但功率低(仅为对比文件1的14％，为对比文件2和3的33％左右)，而且可长期、安全、稳定、高效地制造纳米水离子，纳米水离子的发生量超过18000亿个/秒，为对比文件1的5倍以上，为对比文件2和对比文件3的3倍左右。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种纳米水离子发生装置，包括由一个P型半导体(1A)和一个N型半导体(1B)组成的半导体晶粒对,所述半导体晶粒对一端为制冷端，另一端为散热端；其特征在于：还包括凝水盘(2)、放电电极(3)和定压电极；所述凝水盘(2)与所述半导体晶粒对的制冷端电连接；所述放电电极(3)设置于所述凝水盘(2)上方；所述放电电极(3)一端为吸水端，且所述吸水端靠近所述凝水盘(2)，所述放电电极(3)另一端为放电端；所述定压电极设置于所述放电电极(3)侧部。

2.根据权利要求1所述的一种纳米水离子发生装置，其特征在于：所述放电电极(3)包括多根容易激发出正负离子或负离子的耐腐蚀、亲水性的导体丝/束(31)和绝缘保温层(32)，所述绝缘保温层(32)设置于所述导体丝/束(31)外周，且所述导体丝/束(31)两端均凸出所述绝缘保温层(32)。

3.根据权利要求1所述的一种纳米水离子发生装置，其特征在于：还包括定位针(21)，所述定位针(21)设置于所述凝水盘(2)上。

4.根据权利要求1所述的一种纳米水离子发生装置，其特征在于：还包括基板(5)，所述基板(5)与所述半导体晶粒对的散热端电连接，所述基板(5)上、下表面均设有左右对称的导体覆层(51)，所述导体覆层(51)之间电连接，其中，靠近半导体晶粒对一侧的导体覆层(51)与所述半导体晶粒对的散热端电连接，且所述基板(5)上均匀设有多个贯穿所述导体覆层(51)的散热孔。

5.根据权利要求4所述的一种纳米水离子发生装置，其特征在于：所述定压电极一端与所述放电电极(3)电连接，所述定压电极另一端与所述导体覆层(51)电连接。

6.根据权利要求1所述的一种纳米水离子发生装置，其特征在于：还包括设置于所述放电电极(3)上方的接收电极(6)。

7.根据权利要求6所述的一种纳米水离子发生装置，其特征在于：所述接收电极(6)包括环状的水离子发射口(61)和凸出的接线端(62)，所述接线端(62)设置于所述水离子发射口(61)侧部，其中，所述接线端(62)与高压电源电连接。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种纳米水离子发生装置，其特征在于：还包括支撑固定机构，所述支撑固定机构包括从下往上依次设置的螺丝孔柱(71)、支撑台面(72)和支撑柱(73)，其中，所述螺丝孔柱(71)与基板(5)固定连接，所述支撑柱(73)与所述接收电极(6)固定连接，所述支撑台面(72)分别与所述螺丝孔柱(71)、支撑柱(73)固定连接。

9.根据权利要求8所述的一种纳米水离子发生装置，其特征在于：所述支撑台面(72)中部设有支撑孔(721)。

10.根据权利要求9所述的一种纳米水离子发生装置，其特征在于：所述放电电极(3)贯穿所述支撑孔(721)，且所述放电电极(3)与所述支撑孔(721)固定连接。