CN117878723A - 一种离子风放电电极加热控制方法及离子风发生电极组 - Google Patents

Abstract

本发明属于放电等离子体技术领域，具体涉及一种离子风放电电极加热控制方法及离子风发生电极组。为解决现有技术在利用放电等离子体进行抑菌除臭时，对放电电极施加电流进行加热，导致放电电极放电不均匀、放电电极损耗严重、使用寿命短的问题，本发明通过在离子风发生电极组产生离子风时，实时或定时在其离子风发生电极组的放电电极上施加交流电，以及设置接收电极朝向发电电极的一侧的形状与发电电极的形状相吻合，本发明实现良好抑菌除味效果的同时，大幅度减少了副产物臭氧的产生，还避免放电电极在电势高的位置的损耗高，在电势低的位置的损耗低，使放电电极整体在某一设定时间段内均匀放电，从而提高放电电极的使用寿命。

Description

一种离子风放电电极加热控制方法及离子风发生电极组

技术领域

本发明属于放电等离子体技术领域，具体涉及一种离子风放电电极加热控制方法及离子风发生电极组。

背景技术

近年来，人们对自身健康与环境卫生的要求日益提高，抑菌除臭技术的开发和利用因而越来越受到各个层面广泛的关注。在民用领域，冰箱、冰柜等低温储藏设备是恶臭污染物的主要排放源之一，其使用范围广、基数大。大部分民用设备在长时间使用下容易发生微生物污染，进而代谢出异味气体。除此之外，鞋柜、衣柜、车厢及久置的食物表面等部位，也会因为微生物代谢而发出异味气体。

常用的除臭方法有：芳香遮蔽法、扩散稀释法、活性炭吸附法、电晕法、光催化氧化法、生物滤池除臭法、生物酶除臭法、化学洗涤法等。然而这些方法或效率较低，或成本较高，或会造成环境污染，或会产生新的有毒物质，也无法抑制或灭杀产生异味的微生物。

离子风效应是电晕放电过程中的一种诱发现象，伴随着复杂的物理过程，涉及气体电离等各种物理化学反应。研究表明，这些效应对异味分子的分解有着很好的效果，且在电晕放电的过程中存在或产生的电场、紫外辐射、氢氧自由基等，可以抑制微生物的繁衍甚至灭杀微生物。目前，已经有采用等离子体技术取代传统的抑菌除臭技术。

现有的利用放电等离子体进行抑菌除臭的方法中存在如下几类问题：在利用放电等离子体进行抑菌除臭时，大多都会产生一些副产物，其中含量最高的是臭氧，其具有刺激性气味，过高的浓度会对人体产生危害。申请公布号为CN116207617A的中国发明专利申请公开了一种提高电晕放电离子风风速的装置及方法，其收集电极相对于放电电极具有负的或正的电压，以将放电电极附近的气体分子电离，并将电子或离子加速以产生离子风，且放电电极内通过电流以使其被加热，以提高电极周围气体分子的电离效率和离子风风速，该方案可实施性较差，仅是列举了加热电源交流电源直流电源多种可能，若分时控制生成离子风或加热除臭，即在生成离子风后对放电电极进行加热，则会导致除臭效率低，使用户体验差；若在产生离子风的同时对放电电极施加直流电压加热抑制臭氧生成，放电电极两端势必产生电势差，则在放电电极高电势侧与接收电极之间的压差小，吸收正离子多，放电电极低电势侧与接收电极之间的压差大，吸收正离子少，导致在放电电极长度方向上放电电极放电不均匀，从而导致放电电极的损耗不均匀、寿命较短。在此基础上，在放电电极采用电极丝时，为了给热胀冷缩留有余量，电极丝松弛设置并不绷紧，其产生离子风后，放电电极的电极丝受到离子风的反作用力成为弧形，导致放电电极两端与接收电极的距离小于放电电极中间与接收电极的距离，使放电电极中间的场强比在其发生形变前更低，进一步使放电电极长度方向上放电电极离子释放不均匀，使放电电极的损耗不均匀、寿命较短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离子风放电电极加热控制方法，用以解决现有技术在利用放电等离子体进行抑菌除臭时，对放电电极施加电流进行加热，导致放电电极放电不均匀、放电电极损耗不均匀、使用寿命短的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种离子风放电电极加热控制方法，在高压直流电源向离子风发生电极组的两极进行供电以产生离子风时，实时或定时通过交流加热电源向离子风发生电极组两极中的放电电极的两端施加交流电，以及时抑制臭氧产生且同时使离子风发生电极组的放电电极在某一设定时间段内其各个放电点的离子释放量达到均衡。

其有益效果为：为解决现有技术在利用放电等离子体进行抑菌除臭时，对放电电极施加电流进行加热，导致放电电极放电不均匀、放电电极损耗严重、使用寿命短的问题，本发明通过在离子风发生电极组产生离子风时，实时或定时在其离子风发生电极组的放电电极上施加交流电，本发明实现良好抑菌除味效果的同时，大幅度减少了副产物臭氧的产生，还避免放电电极在电势高的位置的损耗高，在电势低的位置的损耗低，使放电电极整体在某一设定时间段内均匀放电，从而提高放电电极的使用寿命。

进一步地，所述离子风发生电极组的接收电极的朝向放电电极的一侧设置成与放电电极产生离子风时被离子风的反作用力作用形成的弧形形状相吻合的弧形边缘。

其有益效果为：通过设置接收电极的形状，以使其接近放电电极的边与放电电极的弧形相吻合，从而避免放电电极中间的电势进一步降低，保证放电电极与接收电极之间的压差均匀，进一步使放电电极整体在某一设定时间段内均匀放电，从而提高放电电极的使用寿命。

进一步地，所述离子风发生电极组的放电电极为至少两个平行排列的丝状电极，且相邻的两个丝状电极之间距离相同；所述离子风发生电极组的接收电极为至少两个叠加排列的板状电极，且相邻的两个板状电极之间距离相同。

进一步地，所述高压直流电源和交流加热电源均浮空设置。

为解决现有技术在利用放电等离子体进行抑菌除臭时，对放电电极施加电流进行加热，导致放电电极放电不均匀、放电电极损耗严重、使用寿命短的问题，本发明还提供了一种离子风发生电极组，包括与高压直流电源的正负极分别连接的接收电极和放电电极，所述放电电极两端还接有交流加热电源的正负极，其特征在于，所述交流加热电源用于在高压直流电源为离子风发生电极组的两极进行供电以产生离子风时，实时或定时对离子风发生电极组的放电电极输出交流电进行加热，以及时抑制臭氧产生且同时使离子风发生电极组的放电电极在某一设定时间段内其各个放电点的离子释放量达到均衡。

进一步地，所述离子风发生电极组的接收电极的朝向放电电极的一侧，设置成与放电电极产生离子风时被离子风的反作用力作用形成的弧形形状相吻合的弧形边缘。

进一步地，所述离子风发生电极组的放电电极为至少两个平行排列的丝状电极，且相邻的两个丝状电极之间距离相同；所述离子风发生电极组的接收电极为至少两个叠加排列的板状电极，且相邻的两个板状电极之间距离相同。

进一步地，所述高压直流电源和交流加热电源采用浮空设置。

进一步地，高压直流电源包括自激振荡电路，所述自激振荡电路包括三极管、限流电阻和反向耦合电感，所述自激振荡电路用于通过所述反向耦合电感的限流效应使三极管在截止区、饱和区以及线性放大区进行状态循环，以产生一次侧脉冲电压。

进一步地，高压直流电源还包括多级倍压整流电路，所述多级倍压整流电路包括高频变压器、多个相同电容器和多个高耐压二极管，所述多级倍压整流电路用于通过高频变压器将一次侧脉冲电压升压，还用于通过电容器完成充能并在电路输出端产生高电压。

其有益效果为：该离子风发生电极组保证了一种离子风放电电极加热控制方法的有效可靠执行。

附图说明

图1是本发明实施例的离子风发生电极组原理示意图；

图2是本发明实施例的第一种离子风发生电极组的结构示意图；

图3是本发明实施例的加热与不加热两种模式下的三甲胺浓度变化图；

图4是本发明实施例的加热与不加热两种模式下的臭氧浓度变化图；

图5是本发明实施例的第一种离子风发生电极组的局部示意图；

图6是本发明实施例的第二种离子风发生电极组的局部示意图；

图7是本发明实施例的第三种离子风发生电极组的局部示意图。

其中，100-离子风发生电极组；101-带弧形边的板状电极阵列；102-丝状电极阵列；200-浮空高压直流电源；201-自激振荡电路；202-多级倍压整流电路；300-交流加热电源；301-交流逆变控制单元；400-控制电路。

具体实施方式

从背景技术可知，现有技术仅是罗列了加热电源的各种可能，本领域技术人员应当知晓，电源无非就是交流电源或者直流电源，因此并未公开有一定可实施性的具体方案。而在该现有技术的基础上可实施的方案中，先向放电电极和接收电极之间施加高压直流电源产生离子风，在产生了一定浓度臭氧后，再分时对放电电极施加加热电源仍然会在一定时间内存在臭氧，影响使用体验；而同步产生离子风的同时对放电电极施加加热电压，会如背景技术的分析导致发射电极寿命降低。本发明在此基础上的构思在于：在高压直流电源向离子风发生电极组供电使其产生离子风时，实时或定时对该离子风发生电极组的放电电极施加交流电加热，从而使离子风发生电极组的放电电极的放电量均衡，兼顾了在产生离子风的同时抑制臭氧，同时能够保证发射电极的寿命。本发明的原理为：通过在离子风发生电极组产生离子风时，实时或定时在其离子风发生电极组的放电电极上施加交流电，使离子风发生电极组的放电电极在某一设定时间段内其各个放电点的离子释放量达到均衡。基于该构思，可实现本发明的一种离子风放电电极加热控制方法和一种离子风发生电极组。

下面将结合附图以及方法实施例对本发明进行详细说明。

离子风发生电极组实施例1：

本发明的一种离子风发生电极组，原理示意图如图1所示，其中，离子风发生电极组100用于生成离子风实现抑菌除味功能；浮空高压直流电源200用于产生负直流高压电以驱动离子风发生电极组100，且整个回路单独由电池供电，无接地回路；交流加热电源300用于加热离子风发生电极组100的放电电极；控制电路400用于控制浮空高压直流电源200向离子风发生电极组100供电使其产生离子风时，控制交流加热电源300对该离子风发生电极组100的放电电极实时或定时施加交流电加热，从而使离子风发生电极组100的放电电极在某一设定时间段内其各个放电点的离子释放量达到均衡，以实现本发明的一种离子风放电电极加热控制方法，解决现有技术在利用放电等离子体进行抑菌除臭时，对放电电极施加电流进行加热，导致放电电极放电不均匀、放电电极损耗严重、使用寿命短的问题。

如图2所示，离子风发生电极组100包括板状电极阵列101和丝状电极阵列102，板状电极阵列101由电极板组成，电极板之间的间距相同，叠加排列，且电极板之间相互导通，有利于在配合产生离子风时吸附空气中的灰尘；丝状电极阵列102由电极丝组成，电极丝之间的间距相同，叠加排列，且电极丝之间相互导通；每根电极丝距离相邻两个电极板平面的距离相等，且电极丝与电极板的长边平行放置，板状电极阵列101和丝状电极阵列102整体之间有间距。

浮空高压直流电源200中包括自激振荡电路和多级倍压整流电路，自激振荡电路包括NPN型三极管、限流电阻和反向耦合电感，通过反向耦合电感的限流效应使三极管在截止区、饱和区以及线性放大区进行状态循环，进而产生一次侧脉冲电压；多级倍压整流电路由高频变压器、多个相同电容器和多个高耐压二极管组成，在高频变压器将一次侧脉冲电压升压后，电容器完成充能并最后在电路输出端产生高电压；浮空高压直流电源200采用24V以下的低压直流输入，输出12kV以上的负直流高压，分别连接离子风发生电极组100的两极；本实施例中采用5V的低压直流输入，输出12kV的负直流高压电，且整个回路由单独电池供电，无接地回路，大大提高了整个装置使用安全性。

交流加热电源300的两个输出端与离子风发生电极组100的丝状电极阵列102的两端相连，用于向丝状电极阵列102提供交流电压实现加热，交流加热电源300还设有交流逆变控制单元301，输出交流电压的有效值为5-12V，频率为50Hz-20kHz，电极丝的温度范围为50-80摄氏度；其中本实施例中交流逆变控制单元301输出电压的有效值为10V，频率为200Hz，电极丝的热稳定温度为70摄氏度，进而有效地抑制臭氧的产生，并使电极丝均匀放电，使电极丝老化均匀，从而增加使用寿命。

在使用安装本发明的离子风发生电极组的装置进行除臭时，与不加热的等离子除臭装置相比其三甲胺浓度和臭氧浓度的变化图如图3和图4所示。图4中在对放电电极进行加热时，与不对放电电极加热时的“4”号曲线所示臭氧浓度变化相比，显然有效的抑制了臭氧的产生。图3中在离子风发生电极组未启动时，以三甲胺为例的异味气体浓度随时间的变化如“1”号曲线所示，显示了其自然挥发完所需的时长；在对放电电极进行加热时，虽然抑制了离子风对三甲胺的分解作用，导致如“2”号曲线所示的三甲胺浓度随时间的变化不如不加热时“3”号曲线所示的不对放电电极加热时下降的快，但也相差不大足够有效。以上实验数据表明，本发明的方法，能够实现在产生离子风的同时加热除臭氧，能够保证一定的离子风除异味效果外，有较好的除臭氧能力，同时延长了放电电极的寿命。

控制电路400用于控制浮空高压直流电源200和交流加热电源300的工作状态。

固定结构体包括电极固定件和外壳，其中电极固定件分别采用冷压接线端子和螺丝将板状电极阵列101和丝状电极阵列102固定，同时分别与浮空高压直流电源200的两个输出端导通；外壳采用ABS塑料材质，用于固定其他部件。

本实施例中的控制电路400可根据需求设置功能按键和指示灯，用于设置不同工作模式、显示整个装置工作状态，还可设置电池控制模块，用于在不插电状态下驱动整个装置的持续运行，以及防止电池过充过放；本实施例中电极固定件还可采用其他的金属器件如铜制螺栓等，外壳除了采用ABS塑料材质外，还可采用其他塑料材质，如PP、PA6等塑料材质；本实施例中的接收电极除了采用电极板外，还可以采用带有弧度的不会发生形变的电极丝。

本发明通过在离子风发生电极上耦合交流加热电源，以实现良好抑菌除味效果的同时，大幅度减少了副产物臭氧的产生，同时还能使离子风发生电极均匀放电，从而有效避免放电电极损耗不均匀，提高整个装置使用寿命。

离子风发生电极组实施例2：

本发明的一种离子风发生电极组，原理示意图如图1所示，其中，离子风发生电极组100用于生成离子风实现抑菌除味功能；浮空高压直流电源200用于产生负直流高压电以驱动离子风发生电极组100，且整个回路单独由电池供电，无接地回路；交流加热电源300用于加热离子风发生电极组100的放电电极；控制电路400用于控制上述部件的运行。

如图2所示，离子风发生电极组100包括板状电极阵列101和丝状电极阵列102，板状电极阵列101由电极板组成，电极板之间的间距相同，叠加排列，且电极板之间相互导通，有利于在配合产生离子风时吸附空气中的灰尘；丝状电极阵列102由电极丝组成，电极丝之间的间距相同，叠加排列，且电极丝之间相互导通；每根电极丝距离相邻两个电极板平面的距离相等，且电极丝与电极板的长边平行放置，板状电极阵列101和丝状电极阵列102整体之间有间距；

由于考虑热胀冷缩，电极丝不能紧绷，因此离子风的产生会使其在离子风反作用力下，向离子风的风向相反的方向产生弧形形状。如图2所示虚线框中的细节放大部分所示，板状电极阵列101为带弧形边的板状电极阵列101，从而避免放电电极中间的电势进一步降低，保证放电电极与接收电极之间的压差均匀，进一步使放电电极整体在某一设定时间段内均匀放电，从而提高放电电极的使用寿命。如图5所示，板状电极阵列101由3个电极板组成，电极板之间的间距为10毫米(A)；丝状电极阵列102由2根电极丝组成，电极丝之间的间距为10毫米(B)；电极丝与电极板的长边平行放置，电极板带弧形边的一边靠近电极丝，电极丝和电极板的长边的有效长度为15毫米，弧形边曲率半径为电极丝有效长度的10倍左右(本实施例为150毫米)，且应随放电功率变化做相应微调，从而使产生离子风时电极丝与电机板真正保持平行，以提高整个装置的寿命；板状电极阵列101和丝状电极阵列102整体间距为10毫米(C)，电极板的厚度范围为1-5毫米，电极丝的线径范围为0.1-1毫米。

浮空高压直流电源200中包括自激振荡电路和多级倍压整流电路，自激振荡电路包括NPN型三极管、限流电阻和反向耦合电感，通过反向耦合电感的限流效应使三极管在截止区、饱和区以及线性放大区进行状态循环，进而产生一次侧脉冲电压；多级倍压整流电路由高频变压器、多个相同电容器和多个高耐压二极管组成，在高频变压器将一次侧脉冲电压升压后，电容器完成充能并最后在电路输出端产生高电压；浮空高压直流电源200采用24V以下的低压直流输入，输出12kV以上的负直流高压，分别连接离子风发生电极组100的两极；本实施例中采用5V的低压直流输入，输出12kV的负直流高压电，且整个回路由单独电池供电，无接地回路，大大提高了整个装置使用安全性。

交流加热电源300的两个输出端与离子风发生电极组100的丝状电极阵列102的两端相连，用于向丝状电极阵列102提供交流电压实现加热，交流加热电源300还设有交流逆变控制单元301，输出交流电压的有效值为5-12V，频率为50Hz-20kHz，电极丝的温度范围为50-80摄氏度；其中本实施例中交流逆变控制单元301输出电压的有效值为10V，频率为200Hz，电极丝的热稳定温度为70摄氏度，进而有效地抑制臭氧的产生，并使电极丝放电位置不断改变，使电极丝老化均匀，从而增加使用寿命。

控制电路400用于控制浮空高压直流电源200和交流加热电源300的工作状态。

固定结构体包括电极固定件和外壳，其中电极固定件分别采用冷压接线端子和螺丝将板状电极阵列101和丝状电极阵列102固定，同时分别与浮空高压直流电源200的两个输出端导通；外壳采用ABS塑料材质，用于固定其他部件。

本实施例中的控制电路400可根据需求设置功能按键和指示灯，用于设置不同工作模式、显示整个装置工作状态，还可设置电池控制模块，用于在不插电状态下驱动整个装置的持续运行，以及防止电池过充过放；本实施例中电极固定件还可采用其他的金属器件如铜制螺栓等，外壳除了采用ABS塑料材质外，还可采用其他塑料材质，如PP、PA6等塑料材质。

本发明通过设置接收电极的形状，以使其接近放电电极的边与放电电极的弧形相吻合，从而避免放电电极中间的电势进一步降低，保证放电电极与接收电极之间的压差均匀，进一步使放电电极整体在某一设定时间段内均匀放电，从而提高放电电极的使用寿命。

离子风发生电极组实施例3：

本发明的一种离子风发生电极组，如图6所示，该实施例与离子风发生电极组实施例2不同之处在于，板状电极阵列101由4个电极板组成，电极板之间的间距为A；丝状电极阵列102由3根电极丝组成，电极丝之间的间距为B；板状电极阵列101和丝状电极阵列102整体间距为C。

离子风发生电极组实施例4：

本发明的一种离子风发生电极组，如图7所示，该实施例与离子风发生电极组实施例2不同之处在于，其用于接收离子的电极也为丝状电极，用于接收离子的丝状电极阵列101由4个接收电极丝组成，接收电极丝之间的间距为A；用于产生离子的丝状电极阵列102由3根发电电极丝组成，发电电极丝之间的间距为B；用于接收离子的丝状电极阵列101和用于产生离子的丝状电极阵列102整体间距为C；采用电极丝作为接收电极，不能有效吸附空气中的灰尘。

离子风放电电极加热控制方法实施例：

本发明的一种离子风放电电极加热控制方法，通过在离子风发生电极组产生离子风时，在其离子风发生电极组的放电电极上施加交流电进行加热在产生离子风的同时抑制臭氧，且同时为了满足在同时施加交流电和高压直流电时的安全性，选择为其供电的两个电源中的至少一个浮空设置以保护电源，其具体的实施方式在上述离子风发生电极组实施例1和离子风发生电极组实施例2中已详细描述，故此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种离子风放电电极加热控制方法，其特征在于，在高压直流电源向离子风发生电极组的两极进行供电以产生离子风时，实时或定时通过交流加热电源向离子风发生电极组两极中的放电电极的两端施加交流电，以及时抑制臭氧产生且同时使离子风发生电极组的放电电极在某一设定时间段内其各个放电点的离子释放量达到均衡。

2.根据权利要求1所述的离子风放电电极加热控制方法，其特征在于，所述离子风发生电极组的接收电极的朝向放电电极的一侧设置成与放电电极产生离子风时被离子风的反作用力作用形成的弧形形状相吻合的弧形边缘。

3.根据权利要求2所述的离子风放电电极加热控制方法，其特征在于，所述离子风发生电极组的放电电极为至少两个平行排列的丝状电极，且相邻的两个丝状电极之间距离相同；所述离子风发生电极组的接收电极为至少两个叠加排列的板状电极，且相邻的两个板状电极之间距离相同。

4.根据权利要求1所述的离子风放电电极加热控制方法，其特征在于，所述高压直流电源和交流加热电源均浮空设置。

5.一种离子风发生电极组，包括与高压直流电源的正负极分别连接的接收电极和放电电极，所述放电电极两端还接有交流加热电源的正负极，其特征在于，所述交流加热电源用于在高压直流电源为离子风发生电极组的两极进行供电以产生离子风时，实时或定时对离子风发生电极组的放电电极输出交流电进行加热，以及时抑制臭氧产生且同时使离子风发生电极组的放电电极在某一设定时间段内其各个放电点的离子释放量达到均衡。

6.根据权利要求5所述的离子风发生电极组，其特征在于，所述离子风发生电极组的接收电极的朝向放电电极的一侧，设置成与放电电极产生离子风时被离子风的反作用力作用形成的弧形形状相吻合的弧形边缘。

7.根据权利要求6所述的离子风发生电极组，其特征在于，所述离子风发生电极组的放电电极为至少两个平行排列的丝状电极，且相邻的两个丝状电极之间距离相同；所述离子风发生电极组的接收电极为至少两个叠加排列的板状电极，且相邻的两个板状电极之间距离相同。

8.根据权利要求5所述的离子风发生电极组，其特征在于，所述高压直流电源和交流加热电源采用浮空设置。

9.根据权利要求5所述的离子风发生电极组，其特征在于，高压直流电源包括自激振荡电路，所述自激振荡电路包括三极管、限流电阻和反向耦合电感，所述自激振荡电路用于通过所述反向耦合电感的限流效应使三极管在截止区、饱和区以及线性放大区进行状态循环，以产生一次侧脉冲电压。

10.根据权利要求5所述的离子风发生电极组，其特征在于，高压直流电源还包括多级倍压整流电路，所述多级倍压整流电路包括高频变压器、多个相同电容器和多个高耐压二极管，所述多级倍压整流电路用于通过高频变压器将一次侧脉冲电压升压，还用于通过电容器完成充能并在电路输出端产生高电压。