CN114760744A - 等离子体发生装置及空气净化器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空气净化技术领域，具体涉及一种等离子体发生装置及空气净化器，其中等离子体发生装置包括：螺旋电极，包括内电极、包裹在内电极外的绝缘层以及呈螺旋状缠绕在绝缘层外的碳纤维电极，内电极适于与交流电源相连，碳纤维电极适于接地；直流电极，其上形成有通孔，直流电极设有两个，且分布在螺旋电极的两侧，直流电极与螺旋电极之间的间距为L，L≤5mm，两个直流电极适于分别与直流电源的正极相连。于直流电极与螺旋电极的距离小于等于5mm，其利用螺旋电极交流放电产生的电子，可以在较低电压下在直流电极与螺旋电极的间隙内形成大面积辉光放电，由于螺旋电极的两侧均设有直流电极，可以进一步提升空气净化效果。

Description

等离子体发生装置及空气净化器
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，具体涉及一种等离子体发生装置及空气净化器。
背景技术
随着社会经济的发展，居民对住宅室内装修的要求也越来越高。大规模装修材料和建筑材料的使用，使得室内空气中甲醛、TVOC等污染物的浓度超标，对人们的身体健康产生了影响。目前，室内空气污染的净化方法有通风法、植物净化法、微生物法、物理化学吸附法和等离子体法等。
由于低温等离子体中存在高能电子、激发态粒子及活性基团等，利用等离子体放电可有效地催化降解有害气体，因此，其被越来越多地应用于空气净化等领域。等离子体放电包括电晕放电和辉光放电，由于辉光放电放电面积较大，等离子体密度较高，因此其具有很好的应用前景。在一般情况下，辉光放电等离子体多在低气压或稀有气体环境下生成。
现有技术公开了一种基于辉光放电等离子体发生装置及空气净化器，其中辉光放电等离子体发生装置包括棒状螺旋电极和高压电极，其中棒状螺旋电极和高压电极之间的距离是1cm至10cm，高压电极的作用是提供定向的外加直流电场，使螺旋棒状电极产生的带电粒子在空间中定向移动，产生离子风，而放电还是在棒状螺旋电极表面，放电面积小，等离子体密度较小，因此对空气的净化效果有限。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的等离子体发生装置放电面积小的缺陷，从而提供一种能够增加放电面积、提升空气净化效果的等离子体发生装置及空气净化器。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种等离子体发生装置，包括：
螺旋电极，包括内电极、包裹在所述内电极外的绝缘层以及呈螺旋状缠绕在所述绝缘层外的碳纤维电极，所述内电极适于与交流电源相连，所述碳纤维电极适于接地；
直流电极，其上形成有通孔，所述直流电极设有两个，且分布在所述螺旋电极的两侧，所述直流电极与所述螺旋电极之间的间距为L，L≤5mm，两个所述直流电极适于分别与直流电源的正极相连。
可选地，所述直流电极为由金属丝编织形成的金属网。
可选地，所述内电极为镀银铜丝；
和/或，所述绝缘层的材料为聚四氟乙烯、聚酰胺、芳酰胺中的任意一种。
可选地，所述碳纤维电极为碳纤维束，所述碳纤维束包括n根碳纤维丝，20≤n≤1500；
和/或，所述碳纤维电极的螺距为2.5mm－3.5mm。
可选地，所述螺旋电极还包括压制线，其螺旋缠绕在所述绝缘层上且压在所述碳纤维电极上，所述压制线与所述碳纤维电极的螺旋方向相反。
可选地，所述压制线的材质为聚四氟乙烯纤维、聚酰胺纤维、芳酰胺纤维中的任意一种。
可选地，两个所述直流电极之间设有多个间隔设置的所述螺旋电极。
可选地，所述等离子体发生装置包括至少一组发生单元，每一组所述发生单元包括交替设置的多个所述直流电极和所述螺旋电极，且每一所述螺旋电极的两侧均设置有所述直流电极。
可选地，相邻两组所述发生单元的所述直流电极和所述螺旋电极交错设置。
可选地，所述直流电极倾斜设置。
可选地，所述等离子体发生装置还包括与所述内电极相串联的第一限流电阻；
和/或，与所述直流电极相串联的第二限流电阻。
本发明还提供一种空气净化器，包括所述的等离子体发生装置。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的等离子体发生装置，由于直流电极与螺旋电极的距离小于等于5mm，其利用螺旋电极交流放电产生的电子，可以在较低电压下在直流电极与螺旋电极的间隙内形成大面积辉光放电，实现在直流电极与螺旋电极的空间内放电，能够增加放电面积，当空气进入直流电极与螺旋电极之间的空间，交直流耦合放电可以使空气中的细颗粒物在通过放电区域时带电，并且在直流电场的作用下附着在直流电极表面，去除细颗粒物，且由于螺旋电极的两侧均设有直流电极，可以进一步提升空气净化效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例1中的一个实施方式中提供的等离子体发生装置的示意图；
图2为图1所示的等离子体发生装置的螺旋电极和其中一个直流电极与电源连接时的示意图；
图3为图1中的螺旋电极的结构示意图；
图4为本发明的实施例1中的另一个实施方式中提供的等离子体发生装置的示意图；
图5为本发明的实施例1中的另一个实施方式中提供的等离子体发生装置的示意图；
图6为本发明的实施例1中的另一个实施方式中提供的等离子体发生装置的示意图。
附图标记说明：
1、螺旋电极；11、内电极；12、碳纤维电极；13、绝缘层；101、压制线；2、直流电极；21、通孔；31、第一限流电阻；32、第二限流电阻；41、交流电源；42、直流电源。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
现有技术公开了一种基于辉光放电等离子体发生装置及空气净化器，其中辉光放电等离子体发生装置包括棒状螺旋电极和高压电极，其中棒状螺旋电极和高压电极之间的距离是1cm至10cm，高压电极的作用是提供定向的外加直流电场，使螺旋棒状电极产生的带电粒子在空间中定向移动，产生离子风，而放电还是在棒状螺旋电极表面，放电面积小，等离子体密度较小，因此对空气的净化效果有限。
为此，本实施例提供一种等离子体发生装置，该等离子体发生装置能够增加放电面积、提升空气净化效果。
在一个实施方式中，等离子体发生装置包括螺旋电极1和直流电极2。其中，螺旋电极1包括内电极11、包裹在内电极11外的绝缘层13以及呈螺旋状缠绕在绝缘层13外的碳纤维电极12，内电极11适于与交流电源41相连，碳纤维电极12适于接地；直流电极2上形成有通孔21，直流电极设有两个，且分布在螺旋电极1的两侧，直流电极与螺旋电极1之间的间距为L，L≤5mm，两个直流电极适于分别与直流电源42的正极相连。
在本实施方式中，等离子体发生装置具体在工作时，如图1和图2所示，两个直流电极分别与直流电源42的正极相连，螺旋电极1的内电极11与交流电源41相连，螺旋电极1的碳纤维电极12接地，通过在内电极11施加交流电压，电场线从内电极11触发，到达碳纤维电极12表面，整个螺旋电极1被电场线包裹，而且，有一些电场线指向螺旋电极1外侧，这有利于强电场区域内产生的带电离子向外弥散，为辉光放电的产生创造了条件。其中碳纤维电极12为一种半导体材料，相比于一般金属而言，单位体积或单位表面积的电子逸出能力较弱，因此在放电过程中可以有效控制裸电极的电子释放数量，进而防止放电过于剧烈，碳纤维的单根细丝具有较小的曲率半径，国际标准生产下的碳纤维，其单丝直径只有7μm－10μm，在此微结构下，其周围的实际放电空间被限制在较小尺寸内，从而能够形成微放电。在较高电场强度下的微放电中，碳纤维电极12的场致发射作用就变得不可忽略。在较强的场致发射作用下，放电空间填充了大量的种子电子，这些种子电子的出现，一方面作为其他电子甭的初始电子来源，有效降低了起始放电电压，使得放电在相对较低的平均电场强度下易于实现；另一方面，在较低的平均电场强度下产生电子，有利于获得慢增长的电子，为实现大气压下的稳定辉光放电提供了可能，并抑制其向丝状放电的转化。同时，由于直流电极2与螺旋电极1的距离小于等于5mm，其利用螺旋电极1交流放电产生的电子，可以在较低电压下在直流电极2与螺旋电极1的间隙内形成大面积辉光放电，实现在直流电极2与螺旋电极1的空间内放电，能够增加放电面积，当空气进入直流电极2与螺旋电极1之间的空间，交直流耦合放电可以使空气中的细颗粒物在通过放电区域时带电，并且在直流电场的作用下附着在直流电极2表面，去除细颗粒物，且由于螺旋电极1的两侧均设有直流电极2，可以进一步提升空气净化效果。
其中，交流电源41的电压可以是1.8KV，直流电源42的电压可以是7KV。
需要说明的是，图2中仅示出了一个直流电极2和一个螺旋电极1的电路连接方式，本领域技术人员可以理解，当设置有两个直流电极2时，两个直流电极2之间并联，分别与直流电源42的正极相连。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，直流电极2为由金属丝编织形成的金属网。在该实施方式中，由于直流电极2为金属网，密集的网孔有利于在空间中形成较为均匀的电场，使螺旋电极1能与金属网之间产生较好、均匀的辉光放电。在一个可替换的实施方式中，直流电极2可以是金属片，在金属片上加工出多个密集的通孔21。
具体在一个实施方式中，直流电极采用的是直径为0.2mm左右的金属丝编织形成的金属网，网孔大小为1mm。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，内电极11为镀银铜丝，内电极11采用镀银铜丝导电效果更好。在其他可替换的实施方式中，内电极11的材质可以是其他金属线。
其中，内电极11的截面为圆形、椭圆形、长方形或者其他多边形状。
其中，内电极11的直径为1mm－1.4mm。具体在一个优选的实施方式中，内电极11的截面为圆形且内电极11的直径为1.2mm。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，绝缘层13的材料为聚四氟乙烯、聚酰胺、芳酰胺中的任意一种。优选为聚四氟乙烯。聚四氟乙烯层的厚度为0.15mm－0.3mm。当聚四氟乙烯绝缘层13的厚度处于上述范围内时，螺旋电极1具有较低的起晕电压，同时绝缘层13不易被击穿。例如在本实施例中，绝缘层13选厚度为0.2mm的聚四氟乙烯，可通过喷涂工艺将聚四氟乙烯均匀地喷涂在内电极11外表面以形成绝缘层13。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，碳纤维电极12为碳纤维束，碳纤维束包括n根碳纤维丝，20≤n≤1500。其中单根碳纤维丝的直径优选为7μm。
在一个优选的实施方式中，n为1000。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，碳纤维电极12的螺距为2.5mm－3.5mm。具体在一个实施方式中，碳纤维电极12的螺距为3mm。采用碳纤维电极12紧密缠绕形成的螺旋电极1，在整个电极表面产生了包裹性的非均匀电场，可以在1.8KV的交流电压下形成均匀的辉光放电。
需要说明的是，本实施例中的碳纤维电极12优选的是缠绕在绝缘层13外部，当然也可以采用如注塑和/或冲压和/或喷涂等特殊工艺，将碳纤维电极12注塑或者印制到绝缘层13上。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，如图3所示，螺旋电极1还包括压制线101，其螺旋缠绕在绝缘层13上且压在碳纤维电极12上，压制线101与碳纤维电极12的螺旋方向相反。在该实施方式中，通过设置压制线101，可以有效地压制碳纤维电极12外表面的毛刺，避免毛刺尖端放电击穿现象发生，从而使得放电更均匀，延长了螺旋电极1的寿命，同时也避免了毛刺放电产生过多的无用功，影响放电能效的问题，使得碳纤维螺旋电极1始终保持良好的放电性能，从而能够满足产品长效去除甲醛等有机物的需求。
可选地，碳纤维电极12由内电极11的一端螺旋缠绕至另一端，压制线101反向缠绕并紧压在碳纤维电极12的外部。压制线101同样也从内电极11的一端螺旋缠绕至另一端，且缠绕方向与碳纤维电极12的缠绕方向相反。压制线101通过采用反向缠绕压制的方式，不仅方便操作，且压制线101不易与碳纤维电极12脱离，压制效果更加可靠。
可选地，设定碳纤维电极12缠绕的螺距为D1，压制线101缠绕的螺距为D2，其中：1/2D1≤D2≤D1。上述压制线101缠绕的螺距的范围为经过大量的试验获得的最佳范围，D2在处于在该范围时，放电效果最好，既能有效地避免压制线101的螺距过长，缠绕的过于稀疏不能起到良好的压制效果，产生较多的毛刺，又能避免压制线101的螺距过短，缠绕的过于紧凑会影响碳纤维电极12正常放电。
本实施例中压制线101的直径越细越好，且压制线101按照设定螺距范围来缠绕碳纤维电极12，在能够有效抑制毛刺的同时，也不会把碳纤维电极12完全包裹住，使得碳纤维电极12仍会部分裸露于外部环境中，从而能够有效地保证螺旋电极1可利用碳纤维材料自身的特性实现辉光放电，不会影响到螺旋电极1的正常放电。
优选地，压制线101缠绕的螺距与碳纤维电极12的螺距相等，或者为碳纤维电极12螺距的一半。
最优地，压制线101缠绕的螺距与碳纤维电极12的螺距相等。且压制线101的缠绕角度与碳纤维电极12的缠绕角度相同。通过上述设计，能够使得压制线101可靠地压制在碳纤维电极12外部，有效抑制毛刺的产生，同时也可避免影响碳纤维电极12的正常放电。
其中，压制线101紧压在碳纤维电极12外，且两端分别至少多出一圈，多出的一圈直接缠绕固定在绝缘层13外部，并通过粘接剂或者胶水或者胶带粘接固定在内电极11上，以保证压制线101能够稳定固定在电极上不会脱落，从而牢靠地压制在碳纤维电极12外。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，压制线101为聚四氟乙烯纤维、聚酰胺纤维、芳酰胺纤维中的任意一种。或者说，压制线101采用氟纶线、细尼龙线、芳纶线中的一种。当然，压制线101不限于上述材料，也可以为其他绝缘材料。
最优地，压制线101的材质为聚四氟乙烯纤维。在该实施方式中，压制线101为聚四氟乙烯纤维，一方面可以有效抑制碳纤维毛刺的产生，另一方面聚四氟乙烯纤维不影响放电，聚四氟乙烯可以在交流正半周放电过程中吸附电子，为负半周的放电提供电子，有利于放电的发生，避免碳纤维电极12被压制后影响电极放电均匀性。
可选地，压制线101的材质为聚四氟乙烯纤维，且直径为0.005mm－3mm。优选地，本实施例中压制线101采用直径为0.1mm－0.15mm的聚四氟乙烯纤维。
本实施例中压制线101不限于缠绕压制在碳纤维电极12外，也可以采用喷涂的方式压制。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，进一步参考图1，两个直流电极2之间设有多个间隔设置的螺旋电极1。在该实施方式中，通过在两个直流电极2之间设置多个间隔设置的螺旋电极1，每个螺旋电极1的周围均能形成辉光放电，增大了辉光放电面积，进而提高了空气净化效果。
具体在一个实施方式中，直流电极2为面积为100mm×100mm的网状电极，螺旋电极1与网状电极之间的间距为5mm，两个网状电极之间设有一组10个螺旋电极1，任意相邻的两个螺旋电极1之间的间距为8mm。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，如图4所示，等离子体发生装置包括至少一组发生单元，每一组发生单元包括交替设置的多个直流电极2和螺旋电极1，且每一螺旋电极1的两侧均设置有直流电极2。在该实施方式中，通过使直流电极2和螺旋电极1交替设置有多个，且每一螺旋电极1的两侧均设置有直流电极2，相邻的两个直流电极2之间充满等离子体，空气经过后与等离子体接触，净化更加彻底，当空气经过多个直流电极2后，空气中的颗粒物基本被去除，确保了空气净化效果。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，如图5所示，等离子体发生装置包括两组发生单元，相邻两组发生单元的直流电极2和螺旋电极1交错设置。在该实施方式中，能够进一步提升净化效果。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，直流电极2倾斜设置。参考图6，等离子体发生装置包括两组发生单元，相邻的两组发生单元的直流电极2倾斜相交，能够进一步提升净化效果，且占用空间较小。
在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，等离子体发生装置还包括与内电极11相串联的第一限流电阻31；和/或，与直流电极2相串联的第二限流电阻32。在该实施方式中，第一限流电阻31与第二限流电阻32的设置有利于防止电弧放电的产生，使螺旋电极1与直流电极2之间产生良好的辉光放电。特别是与直流电极2相串联的第二限流电阻32能够防止电弧的产生。
在一个具体的实施方式中，第一限流电阻31为100Ω，第二限流电阻32为2MΩ。
实施例2
本实施例提供一种空气净化器，包括上述实施例中提供的等离子体发生装置。
其中，空气净化器包括风机、初效过滤模块、风道装置、等离子体发生装置和电源模块，电源模块能够提供交流电源41和直流电源42，电源模块同时为风机和等离子体发生装置供电。
本实施例提供的空气净化器，由于等离子体发生装置能够在直流电极2与螺旋电极1之间的空间进行辉光放电，放电面积大，能够在较低的电源电压下实现辉光放电，有助于降低空气净化器的功耗，空气净化效果好。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种等离子体发生装置，其特征在于，包括：
螺旋电极(1)，包括内电极(11)、包裹在所述内电极(11)外的绝缘层(13)以及呈螺旋状缠绕在所述绝缘层(13)外的碳纤维电极(12)，所述内电极(11)适于与交流电源(41)相连，所述碳纤维电极(12)适于接地；
直流电极(2)，其上形成有通孔(21)，所述直流电极设有两个，且分布在所述螺旋电极(1)的两侧，所述直流电极与所述螺旋电极(1)之间的间距为L，L≤5mm，两个所述直流电极适于分别与直流电源(42)的正极相连。
2.根据权利要求1所述的等离子体发生装置，其特征在于，所述直流电极(2)为由金属丝编织形成的金属网。
3.根据权利要求1所述的等离子体发生装置，其特征在于，所述内电极(11)为镀银铜丝；
和/或，所述绝缘层(13)的材料为聚四氟乙烯、聚酰胺、芳酰胺中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的等离子体发生装置，其特征在于，所述碳纤维电极(12)为碳纤维束，所述碳纤维束包括n根碳纤维丝，20≤n≤1500；
和/或，所述碳纤维电极(12)的螺距为2.5mm－3.5mm。
5.根据权利要求1所述的等离子体发生装置，其特征在于，所述螺旋电极(1)还包括压制线(101)，其螺旋缠绕在所述绝缘层(13)上且压在所述碳纤维电极(12)上，所述压制线(101)与所述碳纤维电极(12)的螺旋方向相反。
6.根据权利要求5所述的等离子体发生装置，其特征在于，所述压制线(101)的材质为聚四氟乙烯纤维、聚酰胺纤维、芳酰胺纤维中的任意一种。
7.根据权利要求1－6中任一项所述的等离子体发生装置，其特征在于，两个所述直流电极(2)之间设有多个间隔设置的所述螺旋电极(1)。
8.根据权利要求1－6中任一项所述的等离子体发生装置，其特征在于，所述等离子体发生装置包括至少一组发生单元，每一组所述发生单元包括交替设置的多个所述直流电极(2)和所述螺旋电极(1)，且每一所述螺旋电极(1)的两侧均设置有所述直流电极(2)。
9.根据权利要求8所述的等离子体发生装置，其特征在于，相邻两组所述发生单元的所述直流电极(2)和所述螺旋电极(1)交错设置。
10.根据权利要求8所述的等离子体发生装置，其特征在于，所述直流电极(2)倾斜设置。
11.根据权利要求1－6中任一项所述的等离子体发生装置，其特征在于，所述等离子体发生装置还包括与所述内电极(11)相串联的第一限流电阻(31)；
和/或，与所述直流电极(2)相串联的第二限流电阻(32)。
12.一种空气净化器，其特征在于，包括权利要求1－11中任一项所述的等离子体发生装置。
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