CN1691966A - 非热能等离子空气处理系统 - Google Patents

Abstract

一种减少空气污染物的方法和装置(10’)，它利用污染物吸附剂(22’)除去空气中的污染物，利用非热能等离子(20’)对污染物解吸和氧化或消毒。吸附剂(22’)可以包括单一的沸石化合物，这种化合物具有高电解值的物质。非热能等离子反应器(20’)的电能探寻系统的谐振频率并在系统的谐振频率下运行。在一个实施例中，将吸附剂材料(22’)与非热能等离子反应器(20’)分隔开。在该实施例中，在解吸/再生阶段为吸附剂材料提供热量，以便热解吸污染物。使空气在系统中再循环，以便将解吸的污染物从吸附剂材料移动到非热能等离子反应器中进行分解。再循环空气反复使污染物流过反应器，直至污染物被摧毁或完成解吸/再生阶段。

Description

非热能等离子空气处理系统

本发明要求享有2002年8月7日提交的美国临时申请No.60/401665的优先权。

技术领域

本发明涉及将非热能等离子与空气过滤系统结合使用，以便处理室内空气，减少污染。

背景技术

许多空气净化系统均在文献中有过记载，而且在市场中可以买到。这些系统要用各种各样的技术来除去后面称作之为污染物的废气、挥发性有机化合物、臭味、氧化氮、氧化硫、有毒气体等并对它们进行消毒。这些系统利用各种方法去除空气中传播的污染物，例如燃烧法，吸附法，催化法或非热能等离子法。

燃烧系统的原理最简单，它主要包括对空气加热，使空气中传播的污染物热分解或燃烧。但是，这种方法不经济，因为它需要大量的能量将空气中的污染物有效去除。这种方法还会产生大量热污染。

吸附法与使用的用于捕获空气中传播的污染物的吸附材料有关。但是该方法要求经常更换或再生吸附材料，这样就使得系统的运行成本增加。

催化法与使用的用于加速化学反应而将空气中传播的污染物转变成基本无害的化学组份的催化剂有关。但是，当污染物的浓度不高时，催化法通常需要不切实际的大量能量。另外，这些系统所用的催化剂会因为污染物而受到沾污，使得催化功能大大下降或完全丧失。

典型的非热能等离子系统与用于处理含有污染物的气流的非热能等离子的使用有关。非热能等离子是在两个电极之间进行高压放电。这种放电在空气中产生高能电子，高能电子与气体分子碰撞，产生自由基，这些自由基使气流中的污染物氧化。大多数反应剂由氧气产生，生成许多不同种类的氧。但是，自由基也由可以在气流中的氮和水蒸气形成。因为非热能等离子系统消耗的大多数能量被用于产生高能电子，所以由这些系统处理的气流温度基本保持不变。激励等离子的高压可以是交流电、直流电或脉冲电流，其在性能最好的脉冲电流中有很快上升的时间脉冲。

通常，非热能等离子空气处理系统由一个非热能等离子反应器和一个使空气流过该反应器的设备构成。非热能等离子反应器包括多个对置的电极，该反应器通常根据以下两种构造中的一种进行制造：电晕放电或介电阻挡放电。电晕放电反应器使用裸电极，在电极之间产生非热能等离子。介电阻挡反应器有一个涂附在一个或两个电极上的介电材料，或者有一个在各电极之间含有介电材料的层叠床。

非热能等离子系统有一些缺陷，例如氧化副产品、生成臭氧、需要高电能。氧化副产品是氧化不完全的结果，在空气流中可能形成新的污染物，从而达不到系统的目的。臭氧是有害的，因而产生臭氧也会实现不了系统的目的。最后，因许多非热能等离子系统要求高能量而使得这些系统变得不实用。

如上所述，非热能等离子通常是因为将高电能用于等离子反应器而产生的。某些传统的非热能反应器需要数百焦耳的电能来处理很少一点空气。需要大量电能对于传统非热能等离子系统来讲是个最大的问题。因为能够控制非热能等离子所需要的参数不仅在反应器与反应器之间有很大的不同，而且在同一反应器中的各个时段也不相同，所以使得电源问题更加复杂。例如，对于在电极之间包括介电材料层叠床的非热能等离子系统来讲，因为被处理的空气中的湿度的变化以及床中的污染物数量和种类的变化，所以会使介电材料床的导电性变化。这些变化也造成床的阻抗发生很大的改变。由于床的导电性和阻抗的变化，所以为产生和保持非热能等离子所需要的电量也发生变化。

与非热能等离子反应器相关的另一问题是由会在反应器中形成的“光束”造成的。光束主要是自传播的电子束，如果电子束未受到抑制，则会变成弧光和/或使非热能等离子变成热能等离子情况。这对床和系统的性能有很大的负面影响。为了防止弧光产生或防止变成热能等离子情况，光束形成之后必须很快地终止弧光或熄弧。为了实现这种功能，传统非热能等离子反应器需要包括比较复杂的外部机构或自熄弧机构。

因此本发明的目的在于提供一种克服上述系统中出现的某些或全部缺陷的空气处理系统。

发明内容

本发明提供一种用于有效去除和摧毁空气中传播的污染物，同时使释放的氧化副产品为最少的方法和装置。本发明还提供一种与非热能等离子空气处理系统结合使用的非热能等离子反应器。另一方面，本发明提供一种用于非热能等离子反应器的电源，该电源包括一个将镇流电路的电能传输给含有非热能等离子反应器的次级电路的感应连接。

在本发明的一个实施例中，所提供的非热能等离子反应器包括多个对置的电极，在电极之间有一个或多个由介电常数比较高的材料构成的层叠床。在本发明的另一个实施例中，所提供的非热能等离子反应器包括多个对置的电极，在电极之间有一个或多个由一种材料构成的层叠床，其中层叠床还包括吸附材料和介电常数比较高的材料。在本发明的另一个实施例中，所提供的非热能等离子反应器包括多个对置的电极，在电极之间有一个或多个由一种材料构成的层叠床，其中层叠床还包括吸附材料和介电常数比较高的材料以及一种有助于摧毁臭氧或有助于臭氧去毒或加速氧化反应的催化剂。

在另一实施例中，将吸附材料与非热能等离子反应器分隔开。在该实施例中，提供一种加热装置对吸附剂进行热解吸，并提供一个风扇使空气重复流过反应器。与非热能等离子反应器相比，分隔开的加热装置可以有更快的加热时间，更高的运行温度。因此，分隔开的加热器可以缩短解吸/再生期间所需要的时间。另外，通过将非热能等离子反应器与吸附材料分隔开，非热能等离子反应器的尺寸可以减少。如果不含有其尺寸与吸附材料基本相同的非热能等离子反应器，则可以提供很小的反应器。反应器越小，需要的电源也就越小，在运行时的电能消耗也减少。同样也可以降低反应器的成本。

在另一个实施例中，在电源和非热能等离子反应器之间的感应连接包括由气隙分开的初级线圈和次级线圈，所述气隙可以使镇流电路和次级电路之间得到一定程度的绝缘。可以选择该气隙，从而提供有限的电流作用，限制在床中形成光束。

在本发明的另一个实施例中，镇流电路的初级线圈与一个谐振储能电路电连接，镇流电路包括一个监测施加到初级线圈上的电流的电流检测电路。镇流电路改变施加到谐振储能电路上的信号频率作为测量到的电流的函数。在一个实施例中，电流检测电路包括一个其初级线圈与谐振储能电路电连接而其次级线圈处在镇流电路中的变压器。电流检测电路提供的动力电源可以改变其频率，以便在反应器的整个特征范围内寻找谐振。因为镇流电路不管反应器的特征变化都能够为提供谐振而进行自调，所以可以用更小更有效的电源。

在另一个实施例中，电源还包括一个监测床的特征并根据监测的特征调节被施加到非热能等离子反应器上的电能的负载检测电路。在一个实施例中，负载检测电路测量床的阻抗，并根据测量的阻抗调节被施加到非热能等离子反应器上的电能。这就可以使镇流电路进行调节，改变床的特征，最有可能的是调节湿度，湿度对床中的等离子的再生和保持都有重大影响。

结合优选实施例和附图的详细描述将会更清楚地理解本发明的这些目的和其他目的、优点和特征。

附图说明

图1是本发明非热能等离子空气处理系统的一个实施例；

图2是用在空气处理系统中的非热能等离子反应器的一个实施例；

图3是用在空气处理系统中的非热能等离子反应器的一个实施例；

图4是用在空气处理系统中的非热能等离子反应器的一个实施例；

图5是用在空气处理系统中的非热能等离子反应器的一个实施例；

图6是用在空气处理系统中的非热能等离子反应器的一个实施例；

图7是用在空气处理系统中的非热能等离子反应器的一个实施例；

图8是用在空气处理系统中的非热能等离子反应器的一个实施例；

图9是用在空气处理系统中的非热能等离子反应器的一个实施例；

图10是用在空气处理系统中的非热能等离子反应器的一个实施例；

图11是用在非热能等离子反应器中的电极的几个实施例；

图12是空气处理系统的主要电路和组装件的框图；

图13是感应耦合镇流电路的框图；

图14是部分感应耦合镇流电路、电流检测电路和联锁电路的电路示意图；

图15是表示电流检测电路运行的多个波形；

图16是电流限制电路的电路示意图；

图17是部分交变电流检测电路的电路示意图；

图18是根据本发明另一实施例的空气处理系统的示意图；和

图19是图18所示的实施例的非热能等离子反应器的分解透视图。

具体实施方式

图1是本发明的一个实施例。空气处理系统10包括一个壳体11和一个非热能等离子反应器20，非热能等离子反应器包括位于两个对置电极24和26之间的一床吸附材料22。可选择的是，空气处理系统10还包括一个风扇12，一组进口叶片16，一组出口叶片18，一个预过滤器14和一个HEPA过滤器29。

空气处理系统10的典型运行循环包括两个运行阶段：吸附阶段和解吸/再生阶段。在吸附阶段过程中，叶片组16和18开启，风扇12接通，使得空气首先通过开启的叶片组16，然后通过预过滤器14进入非热能等离子反应器20。本领域的技术人员知道可以用本领域公知的风机或其他气流机构很容易地替代风扇12。将电源提供给使用电源的风扇12和叶片组16和18，电源转换系统是本领域公知的。用层叠床22中的吸附材料捕获空气中传播的污染物。最后，空气流过HEPA过滤器29，通过叶片组18后流出系统10。本领域技术人员知道上述构件可以在空气处理系统10中重新排列。例如可以将HEPA过滤器29设置在风扇12和反应器20之间。

吸附过程结束后，空气处理系统10进入解吸/再生阶段。在该运行阶段中，叶片组16和18关闭，风扇12可以被切断，这将有效地使空气处理系统10的内部与周围环境隔断。然后给电极24和26通电，产生非热能等离子。该非热能等离子使吸附材料层叠床22内的气隙中携带的污染物氧化和去毒。当这些污染物被氧化或去毒时，利用吸附剂床对污染物解吸。非热能等离子使吸附剂床的温度升高，以进一步促进污染物的解析。因为在解吸/再生阶段中空气处理系统10与周围环境隔断，所以在该阶段产生的大部分氧化副产品被捕获在空气处理系统10中，并由非热能等离子去毒。吸附剂床还可以包括帮助摧毁臭氧或帮助臭氧去毒的催化剂。在解吸/再生阶段中可以使风扇12运行，以使空气在空气处理系统10和反应器20中循环。

图18中示出了另一个空气处理系统10’的示意图。空气处理系统10’包括壳体11’、非热能等离子反应器20’、吸附剂材料22’、热源23’和风扇12’。空气处理系统10’还包括用于在解吸/再生阶段中有选择地使系统10’内部与环境切断的机构，以及在解吸/再生阶段中使空气重新流过系统的空气再循环系统21’。在所述实施例中，该机构包括叶片组16’和18’，这些叶片组可以绕枢轴转动，以打开和关闭系统10’的进口和出口。叶片组16’和18’可以用其它功能类似的机构替代，例如滑动门或绕枢轴转动的门。另一个可替代的实施例可以包括相邻的一对打孔的板，两块板中的至少一块板是可移动的，从而有选择地使两块板上的孔对齐或错开。该系统10’可以有选择地包括预过滤器14’、HEPA过滤器29’和/或其他传统空气处理构件。

在该系统10’中，吸附剂材料22’与非热能等离子反应器分隔开。吸附剂材料22’可以位于反应器20’的上游(见图18)或下游(未示出)。在所述实施例中，吸附剂材料22’通常是用传统方法吸附污染物的传统活性炭纤维。可以对纤维进行编织以增加表面积。可以用其它吸附剂材料替代活性炭纤维，例如填充的活性炭床(未示出)，或加压的活性炭过滤器(未示出)。因为非热能等离子反应器20’与吸附材料分隔开，所以系统10’包括用于有选择地产生热量的热源23’，以便在解吸/再生过程中使碳纤维22’加热解吸。热源23’可以是一排传统的加热灯泡，例如图18所示的红外加热灯泡23’。可替换的是，热源可以是沿或通过纤维22’延伸的发热导线(未示出)、蒸汽发生器(未示出)、电或气体加热器(未示出)或其他传统热源。作为另一种可替换的是，热源可以简单地包括一个将电流施加给纤维22’的电路。

空气再循环系统21’通常包括一个再循环风扇35’、在解吸/再生过程中使空气在系统10’中循环的回气管31’、以及在吸附阶段中关闭断回气管31’的叶片组19’。在该所示的实施例中，风扇35’与风扇12’分隔开。可替换的是，可以只提供一个风扇实现两个功能，例如在吸附阶段中使空气流过系统10’，并在解吸/再生阶段中使空气流过系统10’。回气管31’提供的流路从非热能等离子反应器20’下游端到吸附材料22’的上游端。在该所示的实施例中，回气管31’提供的流路从叶片组18’的正上游处到叶片组16’的正下游处。回气管31’的结构使空气再循环通过所有内部空气处理构件。然而这并不是必需的，回气管31’的结构可以改变，将某些构件例如预过滤器14’和HEPA过滤器29’与再循环流路排除。叶片组19’与叶片组16’和18’共同按照上述传统方法运行。叶片组19’可以用其它打开和关闭回气管31’的结构替代。

与空气处理系统10一样，空气处理系统10’按照两个阶段循环运行。在吸附阶段中，叶片组16’和18’开启，风扇12’通电，使得周围环境空气流过系统10’。在该阶段中，叶片19’关闭，封住回气管31’，风扇35’被切断供电。这就防止空气通过系统10’再循环。空气朝预过滤器14’、HEPA过滤器29’和碳纤维吸附剂22’经历不同水平的处理。系统10’在适当的时候从吸附阶段切换到解吸/再生阶段。

在解吸/再生阶段中，叶片组16’和18’关闭，从而将系统10’的内部与周围环境隔断。另外，叶片组19’打开，给风扇35’通电，使空气流过回气管31’，由此在系统10’中建立再循环气流。此外，热源23’和非热能等离子反应器20’被启动。热源23’产生能从碳纤维中热解吸出污染物的热。风扇35’使空气流过预过滤器14’、HEPA过滤器29’和碳纤维22’。当空气流过碳纤维22’时，它就带走被解吸的污染物。然后流动空气通过反应器20’产生的等离子，以便离解污染物。最后，风扇35’使空气通过回气管31’流回到空气处理系统的早期阶段，使空气通过预过滤器14’、HEPA过滤器29’、碳纤维22’和非热能等离子反应器20’进行再循环。这样，空气使碳纤维22’中解析出的污染物到达对污染物进行毁坏的非热能等离子反应器20’。因为空气连续通过系统10’进行循环，所以在单一通路中未被毁坏的污染物将通过系统10’再循环，回到非热能等离子反应器20’。根据测定解吸/再生过程的时间，污染物可以多次通过非热能等离子反应器20’。通过预先确定提供解吸/再生等级所需要的时间以及将测定的时间在控制器中编程后，就可以对测定解吸/再生阶段的时间进行控制。可替换的是，系统10’可以包括连续监测流过系统10’的空气中的污染物水平的常规传感器(未示出)。由传感器(未示出)提供的信息可以在例如空气出口中的污染物水平超过预定阈值时用于触发解吸/再生过程，例如当循环空气中的污染物水平下降到预定阈值以下时，确定结束该阶段的时间。

反应器吸附剂

如图2所示，所示实施例的反应器包括对置的电极24和26，电极之间有一个吸附剂材料床。所述实施例的吸附剂提供相对于体积比有比较大的表面积，吸附剂包括疏水沸石和特定介电数值的材料。沸石分成天然化合物和合成化合物，合成化合物是具有一定孔结构的微孔晶状固体。大多数常见沸石包括硅石、铝和氧原子，它们形成具有空隙的三维结构，有机化合物可以在里面吸附。但是，在该结构中可以含有许多其它元素。硅石相对于铝和其它元素杂质的比例不同使沸石中的连接发生变化，这就确定了空隙的形状和大小。当硅石的数量相对于铝的含量增加时，沸石就会变得更加疏水。当湿度增加时，这些沸石吸附的水蒸汽就少，这些沸石对于VOCs是比较好的吸附剂。

介电材料是不良电流导体材料，但它是有效的静电场载体。通常，金属氧化物具有大介电数值。具有大介电数值的材料的例子是钛酸钡。本发明的吸附剂床含有吸附剂，例如沸石，和具有大介电数值的材料，例如钛酸钡。在本发明的一个实施例中，将钛酸钡粉末与例如勃姆石矾土的粘合剂混合，将粘合剂分散在水中，并喷洒到被挤压的沸石颗粒中。在干燥以后这就会变成涂有高介电材料的吸附剂颗粒。在本发明的另一个实施例中，吸附剂由与高介电材料混合的沸石构成，将其挤压成小珠、挤压颗粒、粉末，并将其研磨或压碎，成为不同的特定尺寸。用于将高介电数值材料固定到沸石上的合适粘结剂包括硅酸钠、矾土、胶体矾土和胶体硅石。

在本发明的另一个实施例中，将像活性炭这样的吸附剂挤压成合适的形状，然后被涂覆高介电数值材料，例如钛酸钡。这种涂覆足以用绝缘材料涂覆炭颗粒，并防止通过床的弧光出现。活性炭的好处在于其吸附能力比沸石的高，但性能很大程度上取决于湿度。

图3为具有两个吸附剂材料床38和39的多床反应器，这两个床夹在三个电极32、34和36之间。电极的结构应使中心电极34对着两个外侧电极32和36。在这种结构中，流过反应器的空气沿垂直于电极的方向流动。本领域的技术人员很容易明白，反应器可以用多个位于相对电极之间的吸附剂床构成。

图4为具有三个吸附剂材料床46、47和48的多床反应器，这三个床夹在相对电极42、43、44和45之间。在这种结构中，空气沿平行于电极42、43、44和45的方向流动。本领域的技术人员很容易明白，反应器可以用多个位于相对电极之间的吸附剂床构成。

图5为圆柱形反应器，第一电极52位于圆柱形的芯部，第二电极54限定圆柱形的外表面，芯和外表面之间的体积中至少部分地填有如上所述的吸附材料56。

通过用上述吸附剂涂覆一个透气基片得到另一种反应器装置。合适的结构可以使空气通过，而通过介质的气路很可能使空气接触吸附剂。透气基片的可行结构包括：

.由陶瓷、无机纤维、金属或塑料构成的蜂窝状整体结构；

.纤维基片；

.网状泡沫；

.金属网或多孔金属网；

.由波纹材料制成的整体结构。

显然，本领域的技术人员很清楚可以采用其它结构。

在另一个空气处理系统10’中，吸附剂材料22’与反应器20’分隔开。因此，反应器20’不一定包括吸附剂材料。在所示的实施例中，在吸附阶段中，反应器20’沿空气流路处在吸附剂材料22’的下游。在解吸/再生阶段中，反应器20’沿空气流路可以交替地处在几乎任何位置。现在参见图19，系统10’的反应器20’主要包括一对处在衬垫25’相反两侧的对置的电极24’和26’。在所示的实施例中，电极24’和26’由传统不锈钢丝网制成。首先选择网的间隔，以防止介电材料或催化剂露出反应器20’。反应器20’可以有选择地包括基本为任何传统结构的电极。该实施例的衬垫25’是陶瓷边框，例如图19所示的矩形框。衬垫25’可以包括可更换的楔形块27’，楔形块可以进入反应器20’的内部37’。在该实施例中，可以拆下楔形块27’，以便能够将介电材料33’和/或催化剂设置在反应器20’的内部37’中。介电材料改善等离子的工况，并可以包括各种各样的传统介电材料中的任何材料。在该实施例中，介电材料33’包括若干矾土小珠，这些小珠可以合理地平衡任何用途的成本和介电常数。小珠的直径通常大于电极24’和26’的上的孔，以便将小珠捕获在反应器20’中。通过拆下楔形块27’将介电小珠33’注入反应器20’中。在介电小珠33’安装完毕以后，放回楔形块27’，以关闭介电小珠33’。可以用粘合剂或机械固定结构将楔形块27’固定到衬垫25’上。例如，可以将楔形块27’摩擦地装配到衬垫25’中，楔形块可以包括能将该楔形块27’夹装定位的夹子(未示出)，也可以用螺丝或其它固定件(未示出)对其进行固定。可替换的是，楔形块27’可以被拆除，在组装反应器20’的时候，例如在将成品电极24’或26’固定到衬垫25’上时可以添加介电材料。正如下面将详细描述的那样，反应器20’还可以包括一个或多个便于分解污染物的催化剂。可以将一个独立的催化剂与介电材料一起添加到内部37’，也可以选择具有所需催化特征的介电材料。尽管所述的反应器20’为矩形盒，但根据所需的用途，包括电极24’，26’和衬垫25’的反应器20’的尺寸、形状和结构可以变化。例如，包括电极24’，26’和衬垫25’的反应器20’的尺寸和形状可以变化，以适应相应空气处理系统壳体的尺寸限制。

催化剂

催化剂可以提高非热能等离子中的有机污染物的分解。由于在非热能等离子中形成臭氧，所以有助于分解臭氧的催化剂在反应器中有其作用。因此，用在这种产品中的吸附剂可以包括添加的催化剂。可用的催化剂是贵金属，例如铂和钯、氧化锡、氧化钨、氧化锰、氧化铜、氧化铁、氧化铈、氧化钒及其混合物。本领域的技术人员很明白，也可以用其它催化剂。

将催化剂添加到吸附剂中的一个变型是在反应器中的一个独立介质上具有催化剂，例如网状泡沫或其他表面积大的基片。

尽管碳是一种反应剂而不是催化剂，但活性炭对臭氧的分解也是很有效的。活性炭使用时的形状可以是活性炭织物形状、支撑在表面积大的介质上的微粒形状、或大颗粒的层叠床形状。

在空气处理系统10’中可以添加催化剂，以对污染物进行很好的分解。催化剂可以设置在非热能等离子反应器20’中的吸附材料22’上，也可以沿空气循环流路设置在其他部位。在图18和19所示的实施例中，将催化剂(未示出)添加到非热能等离子反应器20’中。具体地说，将催化剂涂覆在介电小珠33’的表面上。将涂覆有催化剂的介电小珠33’设置在反应器20’的内部37’。所述小珠上可以涂覆钛酸钡、二氧化钛、二氧化锰或其它催化剂，例如其它金属氧化物，以提高臭氧和其他污染物的分解速度。

电极设计

本发明的电极用于产生许多光束或多组离开电极表面的高能电子。在本发明的一个实施例中，将反应器设计成介电阻挡放电反应器，其中的至少一个电极上涂覆有介电材料，或是在电极之间有介电材料。将高压AC或脉冲电源施加到电极上。电荷先聚集在介电材料的表面上，再将电荷被释放到空气中，表面上的电荷需要时间在放电区域中再充电。这种介电阻挡系统的好处在于在两个电极之间几乎没有弧光。介电阻挡放电的缺点就是需要大量电能处理给定量的空气。

在本发明的另一个实施例中，反应器使用的是裸电极，而且没有介电阻挡。这种设计更加有效，但需要进行控制，以便确保不产生弧光。本领域的技术人员很清楚，也可以采用其他反应器设计。

图6表示使用两个电极62和64的反应器60的一个实施例，电极或是用金属网、多孔金属网或打孔金属构成。这种设计可以使空气通过电极。在各电极之间的区域中承载吸附材料66是非导电多孔基片。在正常运行时，空气通过反应器，污染物被吸附。不管电极是否涂覆介电材料，这种设计可以被认为是根据电极之间的多孔介质的设计进行介电阻挡放电或是电晕放电。

图7为与图6所示反应器类似的反应器70，只是非导电多孔介质76含有吸附剂材料，该介质位于流过两个电极72和74的气流中。在这种设计中，空气流过电极72和74，产生高能电子，被电离的空气分子通过多孔介质76。空气中的自由基解吸和氧化被捕获在吸附剂上的污染物，所述吸附剂被装在多孔介质76中。这种设计可以是介电阻挡放电或电晕放电，这取决于电极的设计。在解吸/再生模式中，这种设计需要空气流动，以便将自由基移动到多孔介质76中。

图8是将多孔介质84用作其中一个电极的另一个反应器80的实施例。在导电网电极82和离导电多孔介质84的最近表面之间产生放电。这种反应器的作用与图7所示的反应器类似，离子和自由基在该反应器中产生，然后通过多孔介质。根据导电网电极的设计，将这种反应器设计成介电阻挡放电或电晕放电。

图9示出的反应器设计90使用涂覆有吸附剂96并且极性错开的平行板95。如果反应器设计是电晕放电或介电阻挡放电，则可以确定吸附剂涂层的成分。

图10所示的反应器设计与图9所示的反应器类似，只是所有板102的极性相同。交错极性104的电极由板之间的导线或杆构成。电极也可以是涂覆有吸附剂106的平板之间的平板或网。如果吸附剂涂层106可以作为介电阻挡使用，则反应器就是这种反应器设计。这种反应器也可以根据吸附剂涂层作为电晕放电运行。

图11示出的是其他电极设计。沿如图所示的实线或类似图案冲切金属板，形成切通金属的多个三角形切口。将三角形的边冲切成锯齿边，以便增加尖端数。然后沿虚线弯折90度，形成具有多个尖端的多孔电极，这有助于使高能电子进入空气。这些附图仅仅是解释一个电极的一小部分，因为理想电极上有许多尖端。

如上所述，图19示出的是空气处理系统10’的反应器20’。在该所示的实施例中，反应器20’通常包括一对网电极24’和26’。电极可以用不锈钢制成以耐腐蚀和提供比较长的寿命。电极材料和/或分解催化剂可以加在电极24’和26’之间，但对于反应器20’的运行来讲这并不是非常必需的。

电源

不论床的特性如何变化，为了有效正常运行，在所描述的实施例中，本发明包括一个能够适应非热能等离子反应器运行参数变化的动力电源。电源最好包括用感应耦合彼此耦合的一个初级电路和一个次级电路。第一方面，电源能够调节功率输出，使负载匹配，保持谐振，这在下面将会详细描述。这可以是电源更小更有效。而用传统电源时，要调整电源将负载维持在预定的特征。因此，当负载与电源调整的预定特征不匹配时效率就要打折。尽管可以使用预先调整的电源，但动力电源，例如下面描述的电源的好处会很明显。这种设计可以跨越预定的频率范围，并自动将系统维持在谐振频率。作为另一个好处，感应耦合最好包括一个可以限制电流越过间隙的气隙，由此限制非热能等离子反应器中形成热光束。如果热光束形成峰值初始电流状态，立即就会受到限制。当电场减少到电子附着占优势的部位时，就可以阻止认为是光束的短暂放电。这样就识别到光束变化或热光束的短暂放电。保持热光束的电流相当大，这种电流会因为造成碳化而对床产生不利影响。在各种运行条件下，在有效地控制光束能量的情况下限制通过反应器的热光束对低成本系统是非常重要的。当反应器改变，并调节不同运行情况下的谐振时，由于有一个限制电压的系统，所以就易于控制动力，也有助于小型低成本系统。电源限制能力也受谐振中心的效率影响，不管离中心多远，电源也与负载匹配。通过设计合适的阻抗，根据驱动方法选择负载侧串联或并联的匹配电容，就可以预先使负载与最佳频率匹配。电源可以用来产生对高压电容进行充电的AC电。该电源可以用来对AC电容充电，并控制施加于高压DC上的AC信号。该电源可以用作AC电源。驱动频率取决于床的设计以及在期待运行范围的谐振校正能力。

在一个实施例中，电源也包括一个根据运行特征例如吸附剂阻抗或反应器阻抗调节施加到非热能等离子反应器上的电能的控制系统。例如，在监测电能消耗时通过为床提供高压脉冲确定反应器阻抗。高湿度床会消耗比较多的电能，其运行频率与低湿度床的也不相同。可以在低电压下测量反应器阻抗，但高压脉冲可以对负载作更全面的分析。如果空气中存在O₂和H₂O，就会使反应器床周围的空气或气体带负电。驱除由床吸附的湿气的热对提高这种效果特别有效。用本实施例的控制顺序对床作了试验，开始的电能按照不损坏床的安全范围驱散湿气。利用电源上的电流反馈变压器可以很方便地监控电能。还有必须说明的是，上面讨论的自搜索谐振供应器的跨度可以覆盖反应器的阻抗范围。也可以选择用于限制床干燥处理的电源。在该实施例中电压可以是最容易控制的参数。所供给的电压沿一条与反应器中的湿度曲线相反的曲线变化。也就是说，湿度越低，产生非热能离子所需要的电压越高，湿度越高的情况不会形成非热能离子，但在床再生以前会产生足够多的热量驱散湿度。这种设计可以兼顾谐振，同时监控床的阻抗，驱散湿度，以形成最佳的非热能离子。

将上面讨论的电源控制用于各种非热能离子和驱动机构。下面各章节主要是可以与这些控制一起使用的驱动和转换方法。

A.脉冲AC

上述AC电源在脉冲控制中相当有效。利用床的阻抗可以控制频率和脉冲控制或上升时间。为了实现快速的上升时间，将床设计成可以调节，以便提供高的谐振频率。这通过改变床阻抗和电阻来完成。用多床、用串联床、并联床或任何组合实现谐振调节，从而在所选材料的物理性质内选择频率。床的厚度可以要求不同数量的床，例如串联的两个或20个床。使床变薄或变厚可以有助于控制电容量和电阻。通过控制电极面积(平方英寸)也控制了电阻和电容量。在特定驱动条件和床的条件下，这些特征的组合在很大程度上确定了床的谐振频率。

B.脉冲DC

在该设计中，AC自谐振电源得到整流，并对高压电容器进行充电。使用的控制方法论相同，但也要对床的谐振进行转换控制。这对于操作并不是必需的，但可以提高系统的效率。将同类自谐振电源用于产生DC，然后在谐振频率下转换DC。

C.具有脉冲AC的DC

具有AC波纹的DC大大增强了传导结果。DC提供的是DC电晕，同时AC也允许AC电晕放电。由于在产生DC放电和AC放电的部位具有DV电压值，所以产生两种放电，所述AC放电产生被添加到该DC电压上的光束。这就意味着因为电势已经在DC电位上，所以AC可以用较少的上升时间得到相同的结果，而且AC只需要增加到产生光束的点即可。

现在参照图12到17详细描述电源的实施例。参见图1和12，感应耦合镇流电路140是在高频下运行的自振荡半桥转换设计。一旦实现谐振，感应耦合镇流电路140就自振荡，它将MOSFET晶体管用作转换元件，并设计成适合于容纳空心变压器耦合排列，这样就简化了非热能等离子反应器组件20的设计。因为空心变压器耦合排列是由感应耦合镇流电路140产生的，所以非热能等离子反应器组件20可以方便地进行更换。

如图13所示，上述实施例的感应耦合镇流电路140通常包括一个控制单元102，一个控制电路142，一个振荡器144，一个驱动器146，一个半桥转换电路148，一个串联谐振储能电路150。非热能等离子反应器装置14通常包括次级线圈52，次级电路152和非热能等离子反应器20(见图1)。振荡器144与控制电路142电连接，通过将电信号提供给控制电路142激励振荡器144。在运行期间，振荡器144提供电信号以控制驱动器146，然后再使半桥转换电路148受到激励。半桥转换电路148激励串联谐振储能电路150，该串联谐振储能电路150再感应激励非热能等离子反应器20。

如上所述以及如图13所示，非热能等离子反应器组件14包括次级线圈52，谐振次级电路152和非热能等离子反应器20，同时电子组件44装有控制电路142，振荡器144，驱动器146，半桥转换电路148和串联谐振储能电路150。如上所述，一旦串联谐振储能电路150受到激励，在非热能等离子反应器组件14中的次级线圈52就被感应激励，这由图13中的谐振储能电路150和次级线圈52之间的连线表示。镇流电路运行的频率范围根据床的预期特征范围改变。本领域的技术人员知道，谐振频率可以是串联谐振储能电路150和非热能等离子反应器组件14中被选择作为组件选择功能的任何希望频率。

参见图14，控制电路142与控制单元102和振荡器144电连接。控制电路142包括多个电阻156，158，160，162，164，166，多个电容器168，170，172，一个二极管174，第一运算放大器176和第二运算放大器178。如上所述，电阻156与第一直流(DC)电源180、控制单元102的输出和电阻158连接。电阻158也与二极管174、电阻160和电容器168相连。第一DC电源180与电容器168相连，该电容器也与二极管174相连。本领域的技术人员明白，二极管174还与接地端182相连。电阻160与运算放大器176的负输入端和运算放大器178的正输入端相连，以实现从控制单元102到运算放大器176，178的电流路径。

现在再参见图14所示的控制电路142，电阻162与第二DC电源184连接并且和电阻164和166串连。电阻166与接地端182和电容器170相连，电容器170又与第一DC电源180和电阻164相连。运算放大器176的正输入端电连接在电阻162和164之间，这样在运行时为运算放大器176提供DC基准电压。运算放大器178的负输入端电连接在电阻164和166之间，这样在运行时为运算放大器178提供DC基准电压。下面将详细描述，运算放大器176和178的输出与振荡器144相连。

在运行期间，控制电路142接收控制单元102的电信号，当控制单元102产生的输入电压处在某一电压窗内时，该控制电路又作为只进行转换的窗口比较器。控制单元102出来的优选信号是AC信号，通过感应耦合镇流电路140的剩余组件，AC信号与其工作周期一起使控制单元102接通和切断非热能等离子反应器20，这将在下面进行描述。在控制单元发生故障时控制电路142还防治错误触发，并进行正常控制。

如图14所示，第一DC电源180和第二DC电源184为图14所示的电路供电。本领域技术人员很清楚，DC电源电路是本领域公知的，它不在本范明的范畴内。对于本发明的目的来讲，重要的是要注意有这些电路，而且这些电路能够由给定的AC或DC电源产生各种DC电压值。本领域的技术人员明白，如果需要，图5中所示的电路可以设计成在不同DC电压值下运行，本发明不限于任何具体的DC电压值。

在图14所示的实施例中，将控制电路142的输出与一个互锁电路190连接，以防止非热能等离子反应器60在空气处理系统10没有正确装配好时被激励。该互锁电路190包括一个磁互锁传感器192，多个电阻193，194，196，198，200，202，204，一个晶体管206和一个二极管208。将磁互锁传感器192安装定位，如果空气处理器10的屏蔽或盖子没有牢固定位，空气处理器10就不会激励非热能等离子反应器20。本领域技术人员很清楚，磁互锁传感器192可以设置在空气处理器10的任何合适部位。

参见图14，如上所述，如果磁互锁传感器192检测到空气处理器10没有得到合适装配时，控制电路142的输出就通过晶体管206连接到接地端182，使磁互锁电路190运行。本领域技术人员很清楚，如果空气处理器10没有得到合适装配，磁互锁传感器192的输出使电流流过电阻194，196和198，以激励晶体管206的栅极，由此将控制电路142的输出信号短接到接地端182。第二DC电源184通过电阻193为磁互锁传感器192供电，磁互锁传感器192也与接地端182连接。另外，磁互锁传感器192通过电阻200，202，204，二极管208，第一DC电源180和第二DC电源184的组合件向控制单元102发送信号。该信号还使控制单元102确定空气处理组件10没有得到合适装配的时间。为此，磁互锁电路190提供两种方法保证在空气处理组件10没有得到合适装配时不使非热能等离子反应器20受到激励。磁互锁对于本发明的运行并不是必需的。

再次参见图14，在空气处理系统10运行期间，振荡器144提供激励驱动器146的电信号。如上所述，一旦电信号通过控制电路142由控制单元102发出，振荡器144立即运行。显然，振荡器144也可以由其他所有能够对振荡器144激励和去激励的设备控制。所示的振荡器144包括一个运算放大器210，一个线性偏置电阻212，一个缓冲电路214，一个缓冲反馈保护电路216和一个正反馈电路218。在运行期间，运算放大器210接收控制电路142、线性偏置电阻212和正反馈电路218的输入信号。运算放大器210也与第二DC电源184和接地端182相连，由此激励运算放大器210。

如图14所示，所示的缓冲电路214包括第一晶体管220，第二晶体管222和一对电阻224，226。将运算放大器210的输出与晶体管220，222的栅极相连，由此控制晶体管220，222的运行。第二DC电源184与电阻224相连，电阻224也与晶体管220的集电极相连。晶体管220的发射极与电阻226、晶体管22的发射极和驱动器146的输入相连。晶体管222的集电极与接地端182相连。在运行期间，缓冲电路214使运算放大器210的输出信号缓冲，防止负载的变化提升振动频率。此外，缓冲电路214提高了感应耦合镇流电路140的有效增益，这有助于确保振荡器144的快速启动。

缓冲反馈保护电路216包括一对通过电阻226与缓冲电路214的输出电连接的二极管228，230。如图5所示，第二DC电源184与二极管228的阴极相连。二极管228的阳极和二极管220的阴极与电阻226和线性偏置电阻212连接。线性偏置电阻212为运算放大器21的负输入端提供偏置反馈信号。另外，二极管230的阳极与接地端182相连，这就完成了缓冲反馈保护电路216。在反应器20运行期间，缓冲反馈保护电路216使缓冲电路214不受漏极-栅极密勒效应反馈的影响。

如图14所示，电流检测电路或正反馈电路218包括第一复绕变压器232，多个电阻234，236，238，一对二极管240，242和一个电容器244。如图5所示，变压器232最好包括两个在半桥转换电路148的输出和串联谐振储能电路150的输入之间并联连接的初级线圈。变压器232最好包括两个串联连接的初级线圈，而不是单一初级线圈来减少变压器初级侧的总电阻，由此减少变压器232对储能电路150的负面影响。在其他应用中，可以将变压器的初级侧分成数量不同的初级线圈。例如，在减少变压器负面影响并不重要的情况下，变压器232可以只包括一个初级线圈，在需要进一步减少变压器232负面影响的情况下，变压器232可以包括三个或更多的初级线圈。

变压器232次级线圈的第一引线与电阻234，236，238，二极管240，242和运算放大器210的正输入端电连接。变压器232次级线圈的第二引线与电阻238，二极管242的阴极，二极管240的阳极和电容器244连接。同样，如图5所示，电阻238和二极管242，244与变压器232的次级线圈并联连接。电容器244也与运算放大器210的负输入端电连接。此外，电阻234与第二DC电源184相连，电阻236与接地端182相连。电阻234，236，238使运算放大器免于电流过载，二极管240，242对发送到运算放大器210输入端的反馈信号进行限幅。

在运行期间，振荡器144接收为电容器244充电的控制电路142的信号，控制电路再将电信号发送到运算放大器210的负输入端。运算放大器210的输出端电连接到驱动器146，这样就使半桥转换电路148得到激励。如图14所示，将晶体管232连接在该电流路径中，并通过电阻234，236，238送回电信号，这就限制了电流，并且最终使电信号返回到运算放大器210的输入端，从而提供电流检测反馈。由晶体管提供的电流检测反馈使振荡器144进行自谐振，在控制单元102切断空气处理系统10或互锁电路190的晶体管206将输入发送到下面的振荡器144以前，感应耦合镇流电路103保持振荡。

具体地说，正反馈电路218(或电流检测电路)给运算放大器210提供用于控制振荡器144的定时的反馈，从而振荡器144不削弱储能电路150在谐振频率下进行振荡的固有倾向。通常，串联谐振储能电路150中的电流流过变压器232的初级线圈，由此在变压器232的次级线圈中感应电压。变压器232产生的AC信号被叠加到由电阻234和236设定的DC参考信号上。运算放大器210最好是常用的差分运算放大器，该运算放大器部分根据正引线上的信号振幅和负引线上的信号振幅之间的差提供输出。由于运算放大器210的相对引线与变压器232次级线圈的相对侧连接，所以提供给运算放大器210正引线的信号与提供给运算放大器210负引线的信号振幅基本相同，但极性相反。因此，运算放大器210的输出根据电流反馈电路的振荡信号在参考信号的上下振动。最好在饱和与切断之间交替驱动运算放大器210，由此提供基本为方波的输出。当运算放大器210的输出超过参考信号时，晶体管220被驱动到“导通”，而晶体管222被驱动到“截止”，由此使电容器248充电，使电容器250放电。当运算放大器210的输出降到参考信号以下时，晶体管222被驱动到“导通”，而晶体管220被驱动到“截止”，由此使电容器248放电，使电容器250充电。电容器248和250交替充电和放电产生被施加到驱动器146初级线圈上的交流信号，这在下面将详细介绍。现在结合图15详细描述该电路的频移(或谐振搜寻)操作。在该描述中，初级线圈中的电流由波形600表示，电流变压器210中的电压由波形602表示，电流反馈信号由波形604表示(所示的是没有被二极管240和242限幅的情况)。如上所述，运算放大器210在饱和与切断之间交替受到驱动，其中转换周期在波形的饱和部分和切断部分之间。转换周期的长度由电流反馈信号的斜率表示。运算放大器210的定时取决于转换周期的长度。通过改变转换周期的长度控制运算放大器210输出信号中的转换定时。通过驱动器146长期保持定时变化，这就截平了储能电路150中信号。利用电流变压器232将截平的储能电路150中的信号回送到电流反馈信号中，以长期保持频率变化。当有增加的负载被施加到次级电路上时，储能电路150中的电流振幅就会相应增大。在图15中用波形606表示该增大的信号。储能电路150中增大的信号引起电流变压器232中的电压相应增高。电流变压器232中增高的电压用波形608表示。最后，电流变压器232中增高的电压引起电流反馈信号的振幅增大，这由波形610(示出的是二极管240和242没有限幅)表示。增大的电流反馈信号在与零相交处的斜率较大，所以使得运算放大器210及时从一个状态转换到另一个状态。这又使得运算放大器220和222及时转换，并使施加到驱动器146上的AC信号及时交变。归根结底，在由半桥转换电路148施加给储能电路150的信号定时中存在相应的变化。由半桥转换电路148施加的信号定时的变化具有截平储能电路150中的固有振荡信号的效果，由此改变储能电路150中的信号定时。将储能电路150中的截平的信号回送到电流检测电路218。这样就改变了施加给运算放大器210的电流反馈信号，由此长期保持时间变化，并使振荡器的频率提高。用这种方法，振荡器144和驱动器146可以使储能电路150改变其频率，从而不论负载如何变化都保持在谐振。当施加到次级电路上的负载减少时，振荡器144的频率按照基本与上述频率增加时的相反方法减少。简言之，减少的负载使得储能电路150的电流减少。这又使得电流变压器232中的感应电压降低，并使电流反馈信号的振幅降低。减小的电流反馈信号的斜率变小，因此使运算放大器210及时实现饱和与切断饱和之间的转换。晶体管220和222也及时进行转换，由此改变驱动器146的定时和转换电路148的定时。转换电路148的定时变化的净效率在于增大储能电路150的信号。将增大的信号回送到电流检测电路218中，在此使该信号回到运算放大器210中，以便使振荡器144的频率持续减小。当半桥转换电路148在储能电路150中的电流信号的零交处交变时，得到的性能最佳。这就使转换电路148提供给储能电路150的能量的定时达到最佳。在某些应用中，可能需要或要求改变电流反馈信号的相位，以提供所需要的时限。例如，在某些应用中，各种电路器件的寄生作用会使电流反馈信号的相位改变。在这些应用中，电流检测电路可以带有一些器件，例如RC电路，以便将信号返回到校准状态，使得转换电路148在与零交叉处交变。图17示出的是可选电流检测电路218’的一部分，它包括一个用于将电流反馈信号的相位移位120度的RC电路。在该实施例中，电流检测电路218’与上述实施例的电流检测电路218基本相同，不同的是它包括沿引线接回到运算放大器210的两个电容器800，802和两个电阻804，806。在需要的情况下，图17还示出了电流变压器232的次级线圈可以与接地端182连接，以便提供零参考电压。

现在再参见图14，振荡器144的输出与驱动器146电连接，在该实施例中，驱动器包括第二多绕组变压器246的第一初级线圈。在该实施例中，因为变压器246的相位分布保证半桥转换电路148交替受到驱动而避免击穿导通，所以第二变压器246是比较好的驱动器146。将电容器248，250双双与变压器246的第二初级线圈电连接，由此防止DC电流过多地流过变压器246。电容器248也与接地端182相连，电容器250也与第二DC电源184相连。

变压器246的两个次级线圈与半桥转换电路148电连接，在运行期间，半桥转换电路148接收变压器246的能量。也如图5所示，从电学上来讲将半桥转换电路148置换成由变压器246的两个次级线圈驱动的MOSFET图腾柱半桥转换电路252。MOSFET图腾柱半桥转换电路252包括第一MOSFET晶体管254和第二MOSFET晶体管256，这两个晶体管的好处多于传统双极晶体管转换电路的好处。通过多个电阻258，260，262，264将驱动器146的能量传送给MOSFET晶体管254，256。将MOSFET晶体管254，256设计成在零电流时进行软转换，在运行时这两个晶体管仅显示传导损失。由MOSFET晶体管254，256产生的输出是正弦波，其谐波少于传统双极晶体管产生的谐波。在运行期间进行转换时，使用MOSFET晶体管254，256还有因减少MOSFET晶体管254，256产生的无线电频率影响所得到的好处。

在图14所示的半桥转换电路148中，变压器246的第一次级线圈与电阻258及电阻260相连。变压器246的第二次级线圈与电阻262及电阻264相连。电阻260与MOSFET晶体管254的栅极相连，电阻264与MOSFET晶体管256的栅极相连。如上所述，变压器246的第一次级线圈和电阻258与MOSFET晶体管254的发射极相连。变压器246的第二次级线圈和电阻264与MOSFET晶体管256的栅极相连。MOSFET晶体管254的集电极与第二DC电源184相连，MOSFET晶体管254的发射极与MOSFET晶体管256的集电极相连。MOSFET晶体管256的发射极和电阻262与接地端182相连。

驱动器146的另一个好处在于多绕组变压器246是很常用的将栅极驱动电压提供给MOSFET晶体管254，256的方法，该电压大于第二DC电源184的电压。MOSFET晶体管254，256还有一个好处是因为在它们的设计中具有避免使MOSFET图腾柱半桥转换电路252受到负载瞬变的固有二极管特性。另外，因负载变化从串联谐振储能电路150返回的过压由MOSFET晶体管254，256中的内在二极管送回到电网中。

现在参见图14，半桥转换电路148的输出与串联谐振储能电路150的输入相连，该串联谐振储能电路再为非热能等离子反应器组件20感应供电(图1)。如上所述，在本发明实施例中，使振荡器144的正反馈电路218与半桥转换电路148的输出和串联谐振储能电路150的输入相连，从而在运行期间为振荡器144的运算放大器210提供电流感应反馈。如图14所示，通过变压器232的次级线圈将半桥转换电路148的输出与串联谐振储能电路150的输入相连。

参见图14，串联谐振储能电路150包括感应耦合器270、并联连接的一对储能电容器271，272、一对二极管274，276和一个电容器278。感应耦合器270与变压器232的次级线圈相连，并被连接在储能电容器271，272之间。储能电容器271还与第二DC电源184相连，储能电容器272还与接地端182相连。另外，储能电容器271和第二DC电源184与二极管274的阳极相连。二极管274的阴极和电容器278都与第二DC电源182相连。电容器278与二极管276的阳极和接地端182相连。储能电容器272还与二极管276的阴极相连。

重要的是要注意串联谐振储能电路150会碰到感应耦合镇流电路140的连接构件的所有寄生感应。这一点很重要，因为寄生感应是串联谐振储能电路150碰到的组合感应，在谐振范围以外的任何情况下，这种感应都会限制向负载(非热能等离子反应器装置20)进行动力传输。次级线圈52的电感和次级电路152也反射出确定和限制被传送到非热能等离子反应器装置20的次级线圈上的电能的阻抗值。通常，强力振荡器/变压器的组合因为寄生和反射阻抗而具有电能传输极限。换句话说，变压器和电容器的阻抗似乎与负载串联，由此限制了电能的传输能力。

在所述的实施例中，串联谐振储能电路150的运行频率由感应耦合器270的电感和电容器271，272的并联电容值确定，这将根据用途而变化，在大部分情况下，这根据反应器床的特性而变化。储能电容器271，272的耗散系数应当很小，而且应当能够处理高的电流水平。如上所述，镇流电路140通过电流检测电路218的反馈信号搜索谐振。电流反馈信号正比于谐振储能电路150的电流。通过调节储能电容器271，272的值，镇流电路103能够寻找谐振的频率范围就很容易得到改变。例如，通过增加储能电容器271，272的值，通常就能减小频率范围。

感应耦合器270的初级线圈和次级线圈的匝数可以根据特定非热能等离子反应器组件20的要求而改变。在所述的实施例中，由于在高频运行时因产生的大电流引起的边缘效应，所以感应耦合器270使用绞合线，这是因为绞合线在性能和运行温度方面都特别有效。如上所述，在运行期间，感应耦合器270为非热能等离子反应器装置20的次级线圈52感应供电。

在该实施例中，感应耦合器270的初级线圈和次级线圈由气隙分隔开。感应耦合器270的初级线圈和次级线圈之间的间隙可以用来调节耦合系数，由此调节非热能等离子反应器20的工作点。如本领域技术人员所知道的那样，感应耦合器270和次级线圈52之间的气隙导磁性可以通过改变感应耦合器270和次级线圈52之间的距离得到调节。显然，用感应耦合器270和次级线圈52形成的空心变压器内的气隙可以有选择地进行调节，以便限制从感应耦合器270传输到次级线圈52的电能。另外，有选择地调节气隙可以调节振荡器144的控制响应。此外，当次级线圈52被感应通电时，选择气隙导磁率可以平衡感应耦合镇流电路140的过流保护与振荡器144的带宽和响应度。

如本领域技术人员所知道的那样，当感应耦合器270在次级线圈52和感应耦合器270之间的气隙内感应磁通时，次级线圈52就感应通电。在所示的实施例中，磁通是交流通量，在努力保持谐振的情况下，其频率最好由振荡器144控制。

在运行期间，振荡器144可以控制串联谐振储能电路150和非热能等离子反应器装置20的谐振频率附近的频率。如上所述，正反馈电路128监测串联谐振储能电路150中的反射阻抗，以便使感应耦合镇流电路140自振荡到电能传输效率最佳的频率。例如，如果非热能等离子反应器组件14对串联谐振储能电路150反射的阻抗有少许变化，则正反馈电路128可以调节频率，从而校正电能传输效率的变化。

例如在阻抗变得很低的情况下，例如当非热能等离子反应器60在短路情况下失效时，气隙就限制电流增加。本领域的技术人员知道，气隙的作用是限制可以反射出的阻抗数值。另外，反射出的阻抗会造成阻抗不匹配，而这种不匹配使电能回过来造成对返回到串联谐振储能电路150的电能的反射。显然，到串联谐振储能电路150的电能的反射会限制电能向次级线圈52的传输。根据气隙和谐振频率控制的共同作用，感应耦合镇流电路140可以最佳地进行有效运行，同时得到所要求的过流保护。

空心变压器的构造可以使非热能等离子反应器装置20进行简单有效的更换。另外，本发明的优点还在于因为有感应耦合镇流电路103，所以耦合时不需要专门接触非热能等离子反应器装置20。此外，这种构造不需要能够兼顾防水，腐蚀和/或其他害处的导体或其他类似导电机构。

现在再参见图14，镇流反馈电路122与串联谐振储能电路150的感应耦合器270和控制单元102电连接。镇流反馈电路122将反馈提供给控制单元102，同时感应耦合镇流电路103将电能提供给非热能等离子反应器60。这样就使控制单元102监测由感应耦合器270提供给非热能等离子反应器组件20的次级线圈的能量。这样提供的控制单元102能够确定非热能等离子反应器20是接通还是切断，在另一个实施例中，还能够确定施加给非热能等离子反应器20的电流和电压量。

如图14所示，镇流反馈电路122包括一个运算放大器280，一对电阻282，284，一对二极管286，288和一个电容器290。将串联谐振储能电路150的信号引向二极管286的阳极。二极管286的阴极与电容器290和电阻282相连。另外，电阻282与二极管288的阳极、电阻284和运算放大器280的正输入端相连。电阻284也与运算放大器280的正输入端极和第一DC电源相连。电容器290也与第一DC电源180相连，而二极管288的阴极与第二DC电源184相连。运算放大器280的正输入端直接与运算放大器280的输出相连。运算放大器280的输出与控制单元102相连，由此将运算放大器280的反馈信号提供给控制单元102。

如上所述，次级电路152可以包括一个电容器312，通过串联谐振储能电路150的感应耦合器270(见图14)改变非热能等离子反应器60的阻抗，该电容器就改变和限制由次级线圈52提供给非热能等离子反应器20的电流。显然，通过根据非热能等离子反应器60和次级线圈52的阻抗选择电容器312的值，非热能等离子反应器组件20的阻抗就可以与电源(串联储能电路150)匹配。此外，非热能等离子反应器阻抗20可以在与串联谐振储能电路150谐振频率类似的频率下变成谐振，由此使耦合最佳，反射的电能最小。

在一个实施例中，镇流电路140也包括一个用于监测镇流电路产生电流的电流限制电路700，当其落在所要求的参数以外时，该电流限制电路切断电路。电流限制电路700可以被做成在超过电流阈值(即上限)或落到范围(即上下限)以外时就使镇流电路103失去作用。在用小电流或不稳定电流运行可能会造成负载受损的情况下应用时，上下限特别有用。

电流限制电路700的一个实施例显示在图16中。该电流限制电路700包括一个用于产生与初级线圈270中流过的电流成正比的电流的电流传感变压器702。最好通过在电流检测电路218的电流感应变压器232的磁芯周围形成一个线芯来制成该电流变压器702。来自电流变压器702的电流在电阻704两端降低。另一个电阻706被连接到镇流电路的输入电压。当输入电压改变时，输入电压的特性曲线使电位变化。这就在输入电压变化时使电流变压器702接近实际性能。电阻708使电压偏离接地电压，这有助于将电流变压器的可变电压提高到运算放大器710可以检测到的水平。将电阻712连接在电压源184和运算放大器710的正输入端之间。将电阻714连接在接地端182和运算放大器710的正输入端之间。电阻712和714建立用于设定运行和非运行模式的极限值或阈值。将电阻716连接在电流变压器70和运算放大器710的负输入接线端之间，以防止运算放大器710从电流变压器102得到太大的电流。运算放大器702的输出与集成电路720连接，该集成电路最好是常用锁存器或触发器，例如IC14044。当运算放大器702的输出被驱动为高时，锁存器被触发，由此锁存住禁止信号。在按压或用其他方法启动手动复位开关722以前，集成电路720最好将镇流电路103维持在被禁止的条件。另外，可以用一个计时电路(未示出)代替复位开关722，在限定时间过后，该计时电路复位电流限制电路700。电流限制电路700也可以包括一个可以试验该电流限制电路700运行的试验电路724。该试验电路724与电源184连接，并有一个电阻726和开关728。在压下或用其他方法启动开关728时，就将超过阈值的电流提供给运算放大器710。如果运行正常，该电流就使电流限制电路700禁止镇流电路103。

作为一种替换，可以用编好程序的微处理器监测电流变压器702的电流，以便在电流超过理想阈值或不在理想范围内时禁止镇流电路。但在某些应用中，微处理器不能有足够的速度来提供可接受的响应时间。

以上描述是本发明包括优选实施例的不同实施例的描述。在不超出本发明精神和范围的前提下可以进行各种变换和改变，这些变换和改变均限定在根据专利法的原则描述的权利要求书中，并包括等同物在内。所有用单数例如用冠词“一”，“一个”，“该”或“所述”请求的元件的标记都不构成为将元件限定成单个。

Claims (45)

1.用于处理环境空气的空气处理系统，该系统包括：

一个具有进口、出口和连接所述进口和所述出口的气流路径的壳体；

沿所述气流路径设置的吸附剂材料；

沿所述气流路径设置的非热能等离子反应器；

沿所述气流路径使环境的空气流过所述进口并流过所述出口返回到环境中的设备；

用于关闭所述气流路径的至少一部分而与环境隔断的设备，由此使所述吸附剂材料和所述反应器与环境隔离；和

用于在吸附阶段和解吸/再生阶段使系统运行的控制设备，在吸附阶段期间使环境空气流过系统进行处理，在解吸/再生阶段期间启动所述关闭设备，使所述吸附剂材料和所述反应器与环境隔离，并启动所述反应器设备以处理所述壳体内的污染物。

2.根据权利要求1的系统，还包括在所述解吸/再生期间使空气再循环流过所述吸附剂材料和所述反应器的再循环设备。

3.根据权利要求2的系统，其中所述吸附剂材料与所述反应器分隔开，流过所述吸附剂材料和所述反应器的空气将所述吸附剂材料中的污染物带到所述反应器中进行处理。

4.根据权利要求3的系统，其中所述再循环设备包括一个用于限定出一个使空气再循环通过系统的空气流路的回气管。

5.根据权利要求4的系统，其中所述再循环设备包括一个在所述吸附阶段期间关闭所述回气管而在所述解吸/再生阶段期间打开所述回气管的设备。

6.根据权利要求5的系统，其中所述吸附剂材料包括活性炭纤维。

7.根据权利要求5的系统，其中所述反应器包括一对分隔开的网状电极。

8.根据权利要求7的系统，其中所述反应器包括设置在所述电极之间的介电材料。

9.根据权利要求8的系统，其中所述反应器包括设置在所述电极之间的催化剂。

10.根据权利要求5的系统，其中所述使空气流动的设备包括第一风扇，在所述解吸/再生阶段期间第一风扇被切断通电；和

其中所述再循环设备包括一个第二风扇，在所述解吸/再生阶段期间该风扇使空气再循环通过系统。

11.根据权利要求10的系统，还包括一个沿所述气流路径设置的HEPA过滤器。

12.根据权利要求5的系统，还包括一个热源，在所述解吸/再生阶段期间该热源使所述吸附剂材料热解吸。

13.根据权利要求11的系统，其中所述介电材料包括氧化铝珠。

14.根据权利要求13的系统，其中所述催化剂是二氧化锰。

15.根据权利要求12的系统，其中所述热源包括一个加热灯。

16.根据权利要求15的系统，其中所述控制设备包括在所述解吸/再生阶段期间啮合所述加热灯的设备。

17.根据权利要求1的系统，其中将所述吸附剂材料设置在所述反应器内。

18.根据权利要求17的系统，其中所述用于使空气流动的设备在所述解吸/再生阶段期间不动作。

19.根据权利要求18的系统，其中所述吸附剂材料包括多种沸石。

20.根据权利要求19的系统，还包括涂覆在所述沸石上的介电材料。

21.一种空气处理系统，该系统包括：

一个壳体；

设置在所述壳体内的吸附剂材料；

设置在所述壳体内的非热能等离子反应器；

通过至少所述吸附剂材料的吸附流路；

通过至少所述吸附剂材料和所述反应器的解吸/再生流路；

用于在吸附阶段和解吸/再生阶段使系统运行的控制设备，在所述吸附阶段期间所述控制设备使环境空气流过所述吸附流路，所述吸附剂在此吸附所述空气中携带的污染物，在所述解吸/再生阶段期间所述控制设备使空气流过所述解吸/再生流路，所述反应器在此摧毁由所述吸附剂材料释放出的污染物。

22.根据权利要求21的系统，其中所述吸附流路至少部分地与所述解吸/再生流路共同扩张。

23.根据权利要求22的系统，其中所述吸附流路包括一个进口和一个出口；和

控制设备包括一个在所述解吸/再生阶段期间关闭所述进口和出口而在所述吸附阶段期间打开所述进口和出口的设备。

24.根据权利要求23的系统，其中所述控制设备包括在所述解吸/再生阶段期间使空气再循环流过所述解吸/再生流路的设备。

25.根据权利要求24的系统，其中所述解吸/再生流路包括一个回气管，该回气管将所述吸附剂材料和反应器下游端和所述吸附剂材料和反应器上游端连接。

26.根据权利要求25的系统，其中所述控制设备包括一个在所述吸附阶段期间关闭所述回气管而在所述吸附阶段期间打开所述回气管的设备。

27.根据权利要求26的系统，其中所述反应器包括一对分隔开的电极。

28.根据权利要求27的系统，其中在所述电极之间设置介电材料。

29.根据权利要求28的系统，其中所述介电材料包括多个氧化铝珠。

30.根据权利要求28的系统，还包括设置在所述解吸/再生流路中的催化剂。

31.根据权利要求30的系统，其中将所述催化剂设置在所述反应器内。

32.根据权利要求29的系统，还包括涂覆在所述氧化铝珠上的催化剂。

33.根据权利要求21的系统，还包括与所述吸附剂材料相邻设置的热源；和

其中所述控制设备包括在所述解吸/再生阶段期间起动所述热源的设备。

34.根据权利要求33的系统，其中所述热源包括一个加热灯。

35.根据权利要求34的系统，其中所述吸附剂材料包括吸附剂纤维。

36.根据权利要求35的系统，其中所述吸附剂材料是活性炭纤维。

37.一种处理环境空气的方法，该方法包括如下步骤：

提供一个在壳体中有吸附剂材料和非热能等离子反应器的空气处理系统；

对于吸附阶段期间的时间周期使环境空气至少流过吸附剂材料并使空气返回环境；

对于解吸/再生阶段期间的时间周期使吸附剂材料和反应器与环境分隔开，并起动反应器；

使系统交替在吸附阶段和解吸/再生阶段运行。

38.根据权利要求37的方法，还包括在解吸/再生阶段使空气再循环通过吸附剂材料和反应器的步骤。

39.根据权利要求38的方法，其中所述再循环步骤包括通过一个回气管使空气从吸附剂材料和反应器下游端流到吸附剂材料和反应器上游端的步骤。

40.根据权利要求39的方法，还包括在解吸/再生阶段期间打开回气管而在吸附阶段期间关闭所述回气管的步骤。

41.根据权利要求40的方法，还包括在解吸/再生阶段为吸附剂材料加热的步骤。

42.根据权利要求41的方法，其中所述加热步骤包括起动一个与吸附剂材料相邻的加热灯的步骤。

43.根据权利要求42的方法，还包括为反应器提供一对分隔开的电极以及设置在电极之间的介电材料的步骤。

44.根据权利要求43的方法，还包括在解吸/再生阶段使空气在催化剂上流过的步骤。

45.根据权利要求44的方法，其中将催化剂涂覆在介电材料上。

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