CN1286820A - 生成离子的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种高效地产生所需极性的离子的方法,包括以下步骤:在离闭合形状的第二个电极(7)一预定距离的地方放置第一个电极(5),给这两个电极施加相同极性的一个直流电压,在施加这一直流电压的同时,只给第一个电极施加一高压脉冲,离子从第一个电极沿着其间的电场流向第二个电极,其中脉冲的持续时间比离子流到达第二个电极的时间短,而离子流里的离子跟第二个电极的极性相同,从而使离子流在流经第二个电极时受到排斥而汇聚。

Description

生成离子的方法和装置

本发明涉及离子的生成。

众所周知，在电晕放电领域，除了生成离子外，还会同时生成中性臭氧分子。

在现有技术中，离子的生成方法和装置是利用风扇或者空气压缩机产生的空气流将离子从电晕系统里排出。因此，流向离子生成器出口的离子流是跟空气流一起流向出口的。

由于在电晕放电过程中，空气流的速度和离子流的速度差别很大，相当大的一部分离子流仍然留在系统内。这样，利用已知的方法和已知的装置，从离子生成器输出的离子的系数，即离子生成器出口的离子量跟离子生成器产生的离子数的比仍然非常低。

在排出离子的同时，这一电晕系统里产生的所有臭氧也都被空气流排出了。

以下专利文献代表了本领域的现状：PCT申请WO 95/19225，标题为“空气清洁装置”，以及美国专利第5055963号，标题为“自平衡双极空气离子生成器”，它们采用了风扇。在WO 95/19225里，有一个风扇，以便产生要清洁的流入的空气流，在USP 5055963里，用一个风扇“通过进气道将空气吹进壳体里，并将空气导出壳体……”，从而“在空气流经过输出气道的时候，将正离子和负离子混合起来……”，第3栏，第4-9行。

本发明将提供一种生成离子的方法和装置，它的特征为其效率比现有技术里已知方法和装置的效率要高得多。

本发明还将提供一种方法和装置，用于显著地减少该装置生成的臭氧，该臭氧的生成是伴随着电晕放电的臭氧的生成。

这里的术语“效率”指的是相对于产生的总体积，离子生成装置产生的离子所占的份额。在这里，效率还被叫做离子输出系数(coefficient of ionexit)。

因此，本发明的一个优选实施方案提供了一种方法，用来高效地生成所需极性的离子，它包括以下步骤：在离具有闭合性状结构的第二个电极一预定距离的地方放置第一个电极，给这两个电极施加同样极性的直流电电压，在施加直流电电压的同时，只给第一个电极施加高压脉冲，从而在第一个电极附近产生离子，沿着第一个电极和第二个电极之间的电场，在第一个电极和第二个电极之间建立起快速运动的离子流，其中高压脉冲的持续时间比离子流从第一个电极到达第二个电极所需要的时间短，而且其中离子流里的离子跟第二个电极的极性相同，从而在流经第二个电极的时候受到排斥并汇聚。

另外，根据本发明的一个优选实施方案，输出离子的系数通过调节施加在电极上的直流电电压而得到调节。

根据本发明的另一个实施方案，还提供了实现上述方法的一种装置。

根据本发明的再一个实施方案，提供了一种生成离子流的方法，其中的臭氧含量得到了降低，该方法包括，在第二个电极对面放置第一个电极，在第一个电极和第二个电极之间施加预先确定的电荷，从而通过电晕放电产生一个离子流；以及给这一离子流施加一个负压力梯度，从而使电晕放电过程所产生的臭氧变为向与离子流的不同的方向流动。

本发明还提供了一种用于实现这一方法的装置。

通过以下详细介绍，并参考附图，会更全面地了解本发明的内容，在这些附图中：

图1是按照本发明的一个优选实施方案构成和工作的离子生成装置的一个原理图。

现在参考图1，其中画出了一个离子生成装置，用100来表示这整个装置，该装置是按照本发明的一个优选实施方案来构成和工作的。该装置100包括一个壳体102，它有一个前腔104，在其中生成离子流，还有一个后腔106，用来中和臭氧。前腔104和后腔106用一个连接装置108连接起来，这一连接装置是臭氧的出口，关于连接装置将在下面说明。

前腔104里有一个主动(active)电极5，用于通过电晕放电产生离子，它的形状一般都是针状的，当然也可以采用任何其它的合适形状。前腔有一个离子出口，用7表示，在出口有一个被动(passive，)电极6。被动电极6例如是一个圈或者环，但是也可以采用任何闭合形状的其它电极来代替它。

后腔106里有一个负压源，用2表示，例如为一个抽风机之类。在负压源2的作用下，离子生成过程中产生的臭氧，通过一个吸收过滤器3，例如活性炭过滤器，从上流侧臭氧出口108排除。

通常，按照所需要的离子极性，给主动电极5和被动电极7分别施加一个不变的直流电电压。

与此同时，给主动电极施加一个预定频率的相对于被动电极的高压脉冲，它的极性对应于所需要的离子极性，从而在主动电极5和被动电极7之间建立一个电场，使得离子在脉冲的持续时间里沿着电场，朝被动电极7流去。将具有特定幅度的高压脉冲的持续时间选择成比离子到达被动电极的时间短。在高压脉冲期间，由于众所周知的电晕放电现象，在主动电极的尖端产生正离子、负离子以及中性臭氧分子。

在电场力的作用下，离子以相对较高的速度开始从主动电极飞向被动电极，速度范围是1-2厘米每秒每伏。如果高压脉冲的电压是6千伏，那么离子流的速度就是6000-12000厘米每秒。

在特定的幅度下，将高压脉冲的持续时间选择得比离子从主动电极运动到被动电极所需要的时间短，从而使离子不能在脉冲的持续时间之内到达被动电极。

如上所述，这两个电极都跟一个公共电流源连接。因此，在脉冲与脉冲之间，这两个电极上电压的幅度和极性都相同，它们的极性跟离子流中离子的极性相同。在这一段时间里，尽管这两个电极之间没有电场，但在惯性的作用下，离子流仍然继续朝被动电极7的方向运动，而由于离子和被动电极7都携带相同极性的电荷，这一离子流被电极7所排斥，从而使离子流汇聚，从这一装置的出口输出。这样就使这一装置获得了很高的离子去除系数。

通过风扇或者空气压缩机3经过臭氧出口108产生的负压力梯度，和吸收过滤器3的中和作用，将离子生成过程中产生的臭氧去除，从而将离子流里的臭氧去掉。去掉臭氧的速度可以达到，例如100厘米每秒，它比离子流的速度要低得多，在上述例子中离子流的速度范围是6000-12000厘米每秒。

现在参考图1，可以看到，通过电线8给风扇2供电，风扇2放在壳体1里，这样，它产生的空气流就从离子去除口7流向臭氧去除口4。这一新方法所需要的脉冲和直流电压是通过将从直流电压源17流经高压脉冲变压器9的初级线圈15的电流换向来得到的。晶体管13被用作换向元件(commutating element)。阻尼二极管14用于输出相反极性的电压。

脉冲频率由换向脉冲发生器(commutative pulse generator)11决定。换向脉冲发生器11的接线端子10跟晶体管13的基极连接，晶体管13的集电极则跟二极管14的阴极连接，还跟变压器9初级线圈15的末端连接。线圈15的前端跟直流电压源17的正极接线端子16连接，而它的负极接线端子18则跟二极管14的阳极、晶体管13的发射极、接地点19和换向脉冲发生器11的接线端子12连接。

初级线圈15上的脉冲电压被变压器9升压，在高压脉冲变压器9的次级线圈20和21上产生高压脉冲。

线圈20的前端跟主动电极5相连，线圈20的末端跟被动电极6、线圈21的前端和电容器23的一个极板相连。电容器23的第二个极板跟二极管22的阴极相连，并经过电阻24跟接地端子19相连。二极管22的阳极跟线圈21的末端相连。

线圈21上的脉冲电压给电容器23充电，使它的电压达到峰值，电容器23被用作直流电压源。为了安全起见，用一个电阻器24来限制电流强度。

显而易见，上述电路只是用于进行说明，只要能够实现前面介绍的功能，可以采用任何其它的装置。

通过非限制性的实例，可以构成装置100，并让它按照以下方式工作：

1.主动电极和被动电极之间的距离“d”大约是0.5毫米；

2.高压脉冲的幅度大约是6千伏；

3.脉冲持续时间大约是1微秒；

4.脉冲频率大约是5千赫兹；

5.加在电极5和电极7上的直流电压大约是2.4千伏，电流大约为1微安。

本发明人发现，按照上述技术规范制造出来并工作，装置100的效率大约为80％。

本领域里的技术人员通过增加高压脉冲的幅度和频率，并通过在壳体内安装数个主动电极和被动电极，能增加电流。

对于本领域里的技术人员，本发明并不限定于上述说明。相反，本发明的范围由以下权利要求给出。

Claims (11)

1．一种用于高效地产生所需极性的离子方法，该方法包括以下步骤：

将第一个电极和第二个电极相隔一预先确定的距离放置，第二个电极的结构是一种闭合形状；

给这两个电极施加相同极性的直流电压；

在施加上述直流电压的同时，只在第一个电极上施加高压脉冲，从而在第一个电极的附近产生离子，并沿着这两个电极之间的电场在第一个和第二个电极之间形成快速运动的离子流，其中高压脉冲的持续时间比离子流到达第二个电极所需要的时间短，

其中离子流里离子的极性跟第二个电极的极性相同，从而在它们流经第二个电极时，受到排斥而汇聚。

2．权利要求1的方法，其中输出离子的系数通过改变施加给这两个电极的直流电压的幅度来调节。

3．一种产生离子流的的方法，该方法减少了臭氧含量，它包括：

在第二个电极的对面放置第一个电极，在第一个和第二个电极之间施加预先确定的电荷，从而通过电晕放电产生离子流；和

给该离子流施加一个负压力梯度，从而使电晕放电过程所产生的臭氧的流动方向变为与离子流动方向不同的方向。

4．权利要求3的方法，其中施加负压力梯度的步骤包括让臭氧流向与离子流流动方向相反的方向流动。

5．权利要求3的方法，其中包含臭氧的空气流经过一个适当的过滤器，以去掉臭氧。

6．一种装置，用于高效率地产生所需极性的离子流，该装置包括：

第一个和第二个电极，它们相隔一预先确定的距离；

向这两个电极施加相对于地的直流电压的装置；

施加预先确定幅度的高压脉冲给所述第一个电极，从而让脉冲离子流在所述脉冲期间沿着在这两个电极之间建立的电场，从第一个电极流向第二个电极的装置，

其中脉冲持续时间跟离子流到达第二个电极所需要的时间比起来要短一些。

7．根据权利要求6所述的装置，其中施加直流电压的装置包括向第一个电极和第二个电极施加相同极性的直流电压的装置，所述极性跟产生的离子的极性也相同。

8．一种用于产生离子流的装置，它包括：

一个壳体，该壳体有第一个开口和第二个开口；

位于第一个和第二个开口之间的第一个电极；

位于第二个开口附近的第二个电极，跟第一个电极相隔一预先确定的距离；

使第一个电极和第二个电极工作，发生电晕放电，使第一个电极产生离子流，流向第二个电极的装置；

位于第一个电极和第一个开口之间的装置，用于给所述壳体内部施加一负压，形成从第二个开口流向第一个开口的一个空气流，从而去掉电晕放电产生的臭氧。

9．根据权利要求8所述的装置，还包括一个吸收过滤器，用于中和臭氧，它位于所述第一个开口的上流侧。

10．根据权利要求6-9中任一项所述的装置，其中所述第一个电极是一个针状电极。

11．根据权利要求6-10中任一项所述的装置，其中的第二个电极一为般环形。