CN201586246U - 非热等离子体净化单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于空气消毒净化技术领域，具体涉及非热等离子体净化单元。它包括等离子体反应器、脉冲电源、风机组件、进风口、出风口、电源联接器和外壳。反应器内设有若干条镍铬金属丝或金属带的正电极，两端固定在阻止微放电导电轨上对应的凹槽或凸部中；脉冲电源设有数字控制电路，内设振荡器、误差放大器和PWM比较器，把等离子体反应器工作电流转换成数字控制电流后控制输出脉冲宽度。本实用新型有效阻止反应器的微放电现象，延长了工作寿命，高压脉冲电流能增强等离子体浓度，提高空气消毒净化效率，而且节能。它广泛用于工厂洁净室、医院手术室、隔离病房等洁净度要求高的场所；也可用于办公大楼、影剧院、火车、汽车、地铁等场所的空气消毒净化。

Description

非热等离子体净化单元

技术领域：

本实用新型属于空气消毒净化技术领域，具体涉及非热等离子体净化单元。

背景技术：

市场上常见的用于半导体厂、制药厂、食品厂和医院手术室等洁净室的空气消毒净化单元主要有过滤吸附型、电子静电吸附型、臭氧消毒型、紫外线消毒型、光催化净化等几种。

过滤吸附型是目前极大多数洁净室选用的空气消毒净化单元，常见的有高效空气过滤器、FFU。它利用物体表面间存在的范德华力，吸附空气中的悬浮颗粒污染物净化空气。它只能滤除灰尘，不能彻底消毒；过滤阻力随尘埃颗粒物的增多而增大，容尘量减少，净化效率随之下降。如果不及时清理或更换，会造成二次污染；它的空气阻力大、能耗也大；驱动风机噪音当然也大。

电子静电吸附型通过电极的静电放电，借助库仑力的作用，将颗粒物从气流中分离出来，达到净化空气目的。它清除粉尘有效，但杀菌效果差，也不能去除甲醛等有害气体。

臭氧消毒型是利用臭氧的不稳定特性和强氧化作用杀菌消毒的。臭氧是一种强氧化剂，不宜在有易燃、易爆气体直接接触的场所，也不能集尘。臭氧一旦泄漏，对人体呼吸道造成伤害。

紫外线消毒型采用波长253.7nm的紫外线杀灭细菌、病毒等微生物。它清除粉尘无效；紫外线属于不可见光，容易泄漏，对人体眼睛、皮肤会造成伤害。

光催化净化是光催化剂TiO₂在387.5nm波长的紫外光线的照射下，使空气分子产生具有强氧化能力的空穴，即表面羟基化，其能量相当于15000K的高温，可以直接杀灭细菌，分解有机物为CO₂和H₂O等无毒无害无机物。其缺点是光催化反应是受光照强度、空气流量的制约，TiO₂自身的失活现象是光催化净化效率降低的根本原因；而且光照的紫外线容易泄漏，同样存在对人体皮肤、眼睛的伤害问题。

鉴于上述洁净室的净化单元单个净化的局限性，所以有的选用两个或两个以上单元组合而成，以弥补其不足。这就使空气消毒净化单元结构复杂、体积增大、造价高，使用也不方便。

发明内容：

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种可靠性好、工作寿命长、产生等离子体浓度高，提高空气消毒净化效率；而且结构简单、又节能的非热等离子体净化单元。

本实用新型非热等离子体净化单元是由等离子体反应器在高压脉冲电源作用下产生电晕放电，再由风机组件驱动室内空气多次循环消毒净化。设计非热等离子体净化单元的关键是反应器及其与之匹配的高压脉冲电源两个核心部件。最佳方案试验表明：非热等离子体净化单元的反应器放电电极选用镍铬金属丝或镍铬金属带是沿着电极的四周作电晕放电的，产生的等离子体均匀性及强度是最佳的；脉冲电源输出的放电电流上升幅度越陡，产生的等离子体浓度越高，所产生的臭氧、氮氧化物等副作用也少，效率高，本发明作为优先。

本实用新型消毒净化原理是：预荷电集尘是利用等离子体反应器在高压脉冲电源的驱动下作电晕放电，产生非热等离子体，其中包含的大量电子和正负离子在电场梯度的作用下，与空气中的微粒发生非弹性碰撞，从而附着在上面，使之成为荷电粒子。在外加电场力作用下，荷电粒子向集尘极迁移，最终沉积在集尘极上。其处理过程分为三个阶段：

①e+M(气体分子)→M^-；

②M^-+PM(微粒)→(PMM)；

③(PMM)^-→PMM(沉积在集尘极上)。

静电集尘是一个物理过程，在这个过程中，对悬浮在空气中直径小于100μm的总悬浮颗粒(TSP)和直径小于10μm的可吸入颗粒(PM₁₀)产生一定的清除效果。

本实用新型非热等离子体反应器内的催化净化是以高能电子与气体分子碰撞反应为基础。其催化净化机理包括两个步骤：一是在产生等离子体的过程中，高频放电产生瞬间高能量，打开某些有害气体分子的化学键，使其分解成单质原子或无害分子。二是等离子体中包含大量的高能电子、离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基，这些活性粒子的平均能量高于气体分子的键能，它们和有害气体分子发生频繁的碰撞，打开气体分子的化学键，同时还会产生大量的·OH，·HO₂，·O等自由基和氧化性极强的O₃，它们与有害气体分子发生化学反应生成无害产物。活性自由基·OH的氧化电位(2.8eV)比臭氧的氧化电位(2.07eV)还高出35％，·OH自由基与有机物的反应速度高出几个数量级。本发明将污染空气中的有害物质氧化为二氧化碳和水或矿物质作用机理分析如下：

H₂S+·OH→HS+H₂O

HS+O₂+·OH+·O→SO₃+H₂O

NH₃+·OH→NH₂+H₂O

NH₂+O₂+·O→NO₂+H₂O

实测表明，污染空气中的大部分有害物质能在很短的间内被氧化分解，降解率在95％以上。

总的来说，本实用新型电晕放电作用下有机物的降解是一个复杂的等离子体化学反应过程，由于自由基存在的时间极短，反应速度也相当快，要具体确定某一个反应过程是十分困难的。虽然目前已有大量非热等离子体降解污染物机理的研究，但还未形成能指导实践的理论体系，因而深入研究非热等离子体降解污染物的机理是应用研究方向之一。

经过调查分析：目前多数厂家用于空气消毒的反应器放电正极不敢再用金属丝，是因为往往工作不到三、四个月就断丝，无可奈何改用锯齿状及针尖状放电正极，被迫接受产生的等离子体浓度低，所产生的臭氧、氮氧化物等副作用也多的事实，所以它只能用于电子静电吸附型是可想而知的。例如：中国发明专利申请号为200710038821.4，发明名称《拼装积木式窄间距静电场装置》说明书首页就提出：“细线容易断线的缺陷极大地影响了装置的可靠性。”

有的技术人员为了解决等离子体反应器正、负电极之间的绝缘问题，选用绝缘材料作支架直接固定等离子体反应器金属丝的正电极。经发明人反复试验研究表明：介电常数高的绝缘材料对隔离高电位的正、负极有好处，致命弱点是在等离子体反应器内就会产生微放电现象；其次是随着工作时间增加，其表面随大气湿度、尘埃的堆积而造成的漏电、爬弧。介电常数越高的材料，其表面微放电现象愈甚。为了提升消毒净化效果，往往提高等离子体反应器的外加电源电压，是正电极周围形成的强电场，在等离子体的催化作用下导致正电极金属丝与绝缘材料接触区域局部产生微放电。这种微放电现象产生的高能电子对绝缘材料和金属导电材料分子的电离和离解起到直接作用，分解产物是它们的氧化物及水。这就是等离子体反应器的放电正电极选用细金属丝容易被烧断的根源所在。

发明人用同一规格高压脉冲电源，专对丝状、锯齿状及针尖状作电正电极制成的非热等离子体反应器在密封室内连续通电作对比试验。工作仅两个星期，锯齿状及针尖状反应器工作电流已明显下降；丝状反应器工作六个星期出现断丝。但是，所有反应器底部都流满了深黑色粘液；正、负极之间的绝缘物表面均有黄黑色的爬电痕迹，此区的正电极表面也出现被腐蚀的迹象。在绝缘支架与金属丝正电极之间加了细弹簧的反应器所发生的现象也相仿，断丝时间仅延迟了两、三个月左右。这是因为弹簧不允许太粗，否则金属丝容易被拉断或弹簧不起作用。此弹簧即使是不锈钢制成也难逃因微放电被侵蚀的厄运。

再一个关键就是高压电源对于呈容性负载的等离子体反应器匹配问题。试验表明：在大气压下要想使反应器作电晕放电产生高浓度等离子体以提高其杀菌消毒净化效率应具备两个条件。首先是外加高压电场只对空气中的电子施加能量，在瞬间(nS级)增温、加速，获得动能，使质量很小的电子温度高达一万度以上，而其它粒子获得极低能量。另一个条件是：外加电场对电子施加能量的时间(uS级)要远小于不给电子施加能量的时间，使气体获得的能量能够及时传导出去，防止过渡到热等离子体而降低效率。这就要求等离子体电源不但提供10——20KV的直流高压电外，还必需有高的占空比，上升时间达到至少是120nS的高频窄脉冲电流。同时考虑到等离子体反应器是容性负载，一般相当于几百至上千uuF的电容量。正、负电极长期工作又难免被意外短路，所有这些对于等离子体电源的安全性、稳定性要求之苛刻是可想而知的。鉴于目前半导体功率开关器件的导通和关断时间是uS级，采用常规的设计方法：例如半桥逆变、多谐振荡、间歇振荡或倍压整流是很难满足上述两个条件的。nS级的耐高压大功率开关器件价格昂贵，而且工作寿命短，设计在民用产品上是不切实际的。

市场上多数选用了简单、价廉的直流高压电源。众所周知，直流电晕放电形成的等离子体活性空间小，仅限于电晕放电附近。当直流电压高于反应器正、负电极临界值时气体会被击穿而形成火花放电，使气体温度升高，效率低、能耗大是显而易见；还会出现大量臭氧。被世界上许多厂家所采纳用于等离子体反应器的交直流叠加电源，是在高压直流电基础上叠加一个高频高压交流电实现的。它比直流电源的电晕放电峰值电压低，电压范围宽，但又稍损于窄脉冲电晕放电法，所以活性粒子的数量及活性空间都介于两者之间。它作为等离子体反应器的匹配电源也不是理想的。

现有技术中等离子体反应器的正电极选用细金属丝容易被烧断的根本原因——微放电效应没有被发现，对其物理上的原因也不明确，因而也就找不出解决阻止微放电效应的技术方案。凡是正在实施等离子体反应器放电正电极选用锯齿状或尖针状结构的空气消毒净化器的生产厂家，以前多数做过金属丝作为正电极的等离子体反应器。就是因为“断丝”才无可奈何改成尖针状、锯齿状电极的静电吸附型空气消毒净化器。宁可牺牲消毒净化效果，以换取消毒净化器的可靠性和工作寿命。摒弃细金属丝正电极而选用锯齿状或针尖状放电极的技术方案是一种偏见。再加上高压直流电源的不匹配，致使目前的等离子体空气消毒净化器可靠性差、工作寿命短、空气消毒净化效率低下，它的推广应用受到限制也是情理之中。特别是半导体、制药、食品厂和医院手术室等洁净室的空气消毒净化单元未见等离子体反应器制作净化单元的。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：

非热等离子体净化单元包括等离子体反应器、脉冲电源、风机组件、进风口、出风口、电源联接器和外壳。进风口、出风口设有空气过滤器，等离子体反应器设置在气流之中。所设计的等离子体反应器内设有若干条镍铬金属丝或镍铬金属带在同一平面内按等距离平行排列制成的正电极，正电极置于相邻两个负电极中间部位；正电极的两端是固定在阻止微放电导电轨上对应的凹槽或凸部中，阻止微放电导电轨的两端再与正交设置在反应器四周的四根正电极金属支架固定，并作电连通；每根正电极金属支架的上、下两端各设一个绝缘连接物与反应器外壳相对应的安装孔固定；所述的负电极的上、下两端是直接固定在金属制成的反应器外壳上，并作电连通。设计与等离子体反应器匹配的脉冲电源内设有EMC滤波器、整流电路、滤波电路、数字控制电路、脉冲发生器、脉冲变压器依次序作电连接，脉冲变压器的输出端外接等离子体反应器；所述的脉冲发生器输出端设有电流检测电路，将检测到的脉冲发生器输出电流信号送入数字控制电路内的振荡器、误差放大器和PWM比较器，转换成数字控制电流后输出至脉冲发生器的输入端；所述的数字控制电路内的振荡器、误差放大器和PWM比较器可以设置在集成电路IC1内。脉冲变压器的初级线圈和次级线圈的同名端a1、a2与异名端b1、b2是反向设置的；次级线圈是分段绕制成至少是两个线包串联而成，每个线包的上端各设有一个高压快恢复二极管。脉冲发生器内设有半导体开关管Q1，漏极接初级线圈的同名端a1，栅极通过电阻器R4与数字控制电路内的集成电路IC1输出端连接，源极接电流检测电路内的电阻器R5，脉冲变压器与脉冲发生器内的半导体开关管Q1是反激式逆变器设置的。

优先地等离子体空气消毒净化器技术方案二，所述的阻止微放电导电轨是由铝棒或不锈钢条制成，若干条镍铬金属丝或镍铬金属带制成的正电极的两端固定在阻止微放电导电轨上对应位置的凹槽或凸部中予以定位。正电极的镍铬金属丝直径最佳值是0.20mm，或镍铬金属带最佳宽度是2mm，厚度是0.08——0.10mm。

优先地等离子体空气消毒净化器技术方案三，所述的脉冲变压器设有一个多槽绝缘线圈骨架，次级线圈是分三段至五段绕制在多槽绝缘线圈骨架相对应的凹槽内串联而成；所述的初级线圈和次级线圈的内孔中设有铁基超微晶铁心作电磁耦合，铁基超微晶铁心的磁回路中设有磁气隙。所述的磁芯最佳设计用铁基超微晶铁心，也可以设置铁氧体磁心。

优先地等离子体空气消毒净化器技术方案四，所述的风机组件中设有锯齿状边缘风叶的低噪声风机，锯齿高度是8mm，齿间距离为12mm。

优先地等离子体空气消毒净化器技术方案五，所述的脉冲变压器的输出地电位端接有异常状态保护电路，异常状态保护电路的输出端与数字控制电路输入端连接，将脉冲变压器送至等离子体反应器的工作电流取样、光电隔离后的信号电流送入数字控制电路输入端，经数字处理后的控制电流从数字控制电路输出端送至脉冲发生器输入端，自动控制输出脉冲宽度。脉冲变压器初级线圈的两端设有脉冲限幅电路，对脉冲变压器初级线圈两端的输出电压峰值箝位。

优先地等离子体空气消毒净化器技术方案六，所述的EMC滤波器设有差模电感器LI和共模电感器L2两者串联，EMC滤波器输入端及输出端各并联一只电容器。

本实用新型与现有技术相比具有以下的有益效果：

本发明采用上述非热等离子体净化单元进行室内空气消毒净化，是可以创造性取代目前洁净室的过滤吸附型、电子静电吸附型、臭氧消毒型、紫外线消毒型、光催化净化等几种净化单元。

本实用新型非热等离子体净化单元内所设计的等离子体反应器正电极是由若干条镍铬金属丝或镍铬金属带固定在阻止微放电导电轨上的，远离绝缘连接物；再是阻止微放电导电轨的两端又与正交设置在反应器四周的四根正电极金属支架固定，并作电连通。绝缘连接物仅仅是一个端面与阻止微放电导电轨表面相接触，所以与现有技术相比，其微放电效应基本可以忽略。特别要说明的是阻止微放电导电轨的截面比起镍铬丝或镍铬金属带要大得多，即使存在微弱的微放电效应，也不会影响等离子体反应器正常工作及其使用寿命。这样，使每根镍铬丝或金属带在直流强电场中作稳定的电晕放电，获得高浓度等离子体。克服了“细线容易断线的缺陷”，纠正了“宁可牺牲消毒净化效果，摒弃细金属丝的正电极而选用锯齿状放电极或针尖状电离极以换取消毒净化器的可靠性和工作寿命的技术偏见。”

本实用新型的每根正电极金属支架的上、下两端各设一个绝缘连接物与外壳相对应的安装孔固定，所述的负电极的上、下两端是固定在外壳内壁上，并作电连通。这样，若干条镍铬丝或镍铬金属带构成的正电极、阻止微放电导电轨和四根正电极金属支架与等离子体反应器外壳精密联成一体，而且绝缘性能良好。由于负电极的上、下两边也是固定在外壳上，它在整体安装时确保正电极置于相邻两个负电极中间部位精度高，使放电均匀——这是衡量等离子体反应器的重要指标；这样设计还使等离子体反应器的整体结构牢固。使新设计的等离子体反应器顺理成章用于非热等离子体净化单元。

本实用新型所设计的脉冲电源中的脉冲发生器输出端设有电流检测电路，能自动调整脉冲发生器的输出脉冲宽度。电流检测电路与数字控制电路的默契配合，获得高频窄脉冲驱动电流，使呈容性的等离子体反应器产生高浓度等离子体，工作时的放电电流稳定。脉冲发生器与脉冲变压器是按反激式逆变器设置；所述的次级线圈是分段绕制成至少是两个线包串联而成，每个线包的上端各设有一个高压快恢复二极管。这样设计脉冲变压器的初级线圈和次级线圈的分布电容按分段绕制线包个数的指数倍率下降，极大地提高其输出脉冲电压的上升、下降速率。输出脉冲电压稳定，在呈容性的等离子体反应器工作中不会出现打火之类故障。必须说明的是，脉冲发生器与脉冲变压器按反激式逆变器设置，它除了完成升压任务，还使与之连接的等离子体反应器与市电隔离，反应器的负电极和外壳可以直接接地，电磁屏蔽、安全性能更好。

同时获得意想不到的有益效果是：可以选用普通高反压功率晶体管替代价格昂贵、工作寿命短的超高速大功率开关器件；反激式逆变器输出的脉冲电流是脉冲发生器在关断时使存储在脉冲变压器初级绕组内的磁能瞬间释放，获得脉冲上升时间70nS的高压电晕放电电流；再是当等离子体反应器意外短路，由于反激式逆变器的隔离作用，即脉冲发生器关闭时脉冲变压器的次级才导通输出，因而脉冲电源的开关半导体管工作是安全的。

本实用新型空气消毒净化工作时还有以下优点：

首先是由于反应器的正电极是丝状或带状，电晕放电均匀；脉冲电源的窄脉冲电压设计比常规电子静电吸附型的高20％以上，也不容易过渡到火花放电；可提供的活性粒子比直流放电法也要高出几个数量级。

其次是在窄脉冲前沿快速上升电场中，非热等离子体反应器内电晕区域大，放电空间的电子密度也增高，在反应器内的空间电荷效应分布趋于均匀，因而活性空间也比交直流叠加电源放电法要大。

本实用新型的上述各部件之间相辅相成，有机联系，使本实用新型为之设计的脉冲电源实现匹配呈容性的反应器工作产生输出脉冲频率是20至100KH_Z，占空比20％时，脉冲宽度10——2uS，脉冲上升时间70——120nS，脉冲幅度12——18KV_P-P，消毒因子是高浓度的非热等离子体。

本实用新型具有广谱杀菌效果：对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草杆菌、白念株菌、霉菌及支原体、乙肝、流感等病毒均有高效的杀灭率。同时具有除尘、去血腥、去异味、降解甲醛、烟雾和TVOC等有机废气的功能。经实测：在20m²密封房间空气中人工喷染的白色葡萄球菌，本发明工作30min后的平均杀灭率为99.98％，工作60min的杀灭率可高达100％。甲醛降解率98.7％，悬浮粒子数≤350个/L(Φ≥0.5μm)，空气中留存臭氧量≤0.05mg/m³。

节能是显而易见的：本发明在100m³室内达到医院II类环境消毒标准的反应器消耗功率为7--8W，达到同样效果的紫外线或臭氧的空气消毒净化器能耗至少为160W，而高效空气过滤器、FFU的能耗则更大。

总的说来，本实用新型具有可靠性好、工作寿命长、产生等离子体浓度高，提高空气消毒净化效率。不难看出，本实用新型的设计结构简单，而且功能较齐备、结构精巧、成本低廉、节能。

附图说明：

图1是本实用新型非热等离子体净化单元的结构示意图；

图2是本实用新型等离子体反应器正面剖视图；

图3是本实用新型等离子体反应器立体结构图；

图4是本实用新型的脉冲电源电原理图；

图5是本实用新型的脉冲变压器结构示意图；

图6是本实用新型的脉冲变压器电路图；

图7是本实用新型的脉冲电源输出的电流波形图；

图8是本实用新型的电磁兼容、传导干扰测试报告。

主要部件附图标记说明：

1-等离子体反应器   2-脉冲电源            3-风机组件

5-进风口           6-出风口确            7-电源联接器

8-外壳             809、810-空气过滤器   101-正电极

102-负电极         103-阻止微放电导电轨  104-正电极金属支架

105-绝缘连接物     106-绝缘连接物固定栓  107-导电轨固定圈

108-反应器外壳     201-EMC滤波器         202-整流电路

203-滤波电路       204-数字控制电路      205-脉冲发生器

206-脉冲变压器     208-电流检测电路      209-异常状态保护电路

210-脉冲限幅电路   211-初级绝缘线圈骨架  212-多槽绝缘线圈骨架

213-高压导线       214-初级线圈          215-次级线圈

216-磁芯           217-高压快恢复二极管  218-磁气隙

具体实施方式：

下面参照附图对本实用新型的实施例作进一步的详细描述。

实施例1：

图1是本实用新型非热等离子体净化单元的结构示意图；图2是本实用新型等离子体反应器正面剖视图；图3是本实用新型等离子体反应器立体结构图。本实用新型非热等离子体净化单元包括等离子体反应器1、脉冲电源2、风机组件3、进风口5、出风口6、电源联接器7和外壳8，进风口5设有空气过滤器809，出风口6设有空气过滤器810，等离子体反应器1设置在气流之中。等离子体反应器1内设有若干条镍铬金属丝或镍铬金属带在同一平面内按等距离平行排列制成的正电极101，正电极101置于相邻两个负电极102中间部位。负电极102是铝板或不锈钢板制成，厚度设计为0.8——1.5mm。正电极101和负电极102按气流方向平行设置，风阻小、消毒均匀。正电极101的两端是固定在阻止微放电导电轨103上对应的凹槽内，另一种技术方案正电极101的两端是固定在阻止微放电导电轨103上对应的凸部中，凸部是设计成梢钉或弹性不锈钢片。阻止微放电导电轨103的两端设有Φ4.1mm圆孔，再与正交设置在反应器四周的四根Φ4mm圆柱体正电极金属支架104固定，并作电连通。每根正电极金属支架104的上、下两端各设一个绝缘连接物105与反应器外壳108相对应的安装孔固定，由绝缘连接柱固定栓106把绝缘连接物105紧固在反应器外壳108上。负电极102的上、下两端是直接固定在金属制成的反应器外壳108内壁上，并作电连通。本发明所设计的正电极金属支架104外缘设有内孔径4.1mm的阻止微放电导电轨固定圈107，等距离隔开相邻的阻止微放电导电轨103，固定圈的长度按减小同极性电磁场相互屏蔽作用的要求设定。本例导电轨固定圈107设计为18——25mm。

本实用新型所设置的正电极101是由若干条镍铬金属丝或镍铬金属带设在同一平面内，并按24mm最佳值等距离排列制成一个组件，共计n组(n为40以下正整数)；负电极102是金属板为n+1块；正电极101与负电极102之间的最佳距离是12mm。

本实用新型在进风口5、出风口6下部设有气密用的导风板15。等离子体反应器1、风机组件3固定在导风板812上。导风板812左右两边是各设有固定螺钉813与外壳8相连。为了减少等离子体反应器1吸附的灰尘量，在空气过滤器809下部再设一层中效空气过滤器811。脉冲电源2的输入端设有电源联接器7，脉冲电源2安装在外壳8的上部。外壳8腰间部位设有固定装置814，以便将本发明非热等离子体净化单元固定在洁净室天花板上。当外壳8尺寸与原来使用的高效空气过滤器、FFU的大小相同时可直接更新替换。

对照图4本实用新型的脉冲电源电原理图；图5是本实用新型的脉冲变压器结构示意图；图6是本实用新型的脉冲变压器电路图。图中的脉冲电源2内设有EMC滤波器201、整流电路202、滤波电路203、数字控制电路204、脉冲发生器205、脉冲变压器206依次序作电连接，脉冲变压器206的正、负输出端分别接等离子体反应器1对应的正、负两个电极。正极是高电位，选用高压导线213连接。脉冲发生器205输出端设有电流检测电路208，将检测到的脉冲发生器输出电流信号送入数字控制电路204内的振荡器、误差放大器和PWM比较器，转换成数字控制电流后输出至脉冲发生器205的输入端，以自动调整脉冲发生器205的输出脉冲宽度，维持等离子体反应器1放电稳定性。

脉冲发生器205内设有绝缘栅场效应开关管Q1，漏极接初级线圈214的同名端a1，栅极通过电阻器R4与数字控制电路204内的集成电路IC1输出端连接，源极接电流检测电路208内的电阻器R5。开关管Q1也可设绝缘栅双极型晶体管，功能脚集电极对应漏极，发射极对应源极。绝缘栅双极型晶体管的道通压降低，逆变效率稍高。脉冲发生器205与脉冲变压器206是按反激式逆变器设置，脉冲变压器206的初级线圈214和次级线圈215的同名端a1、a2和异名端b1、b2是反向设置的。次级线圈215是分段绕制成至少是两个线包串联而成，每个线包的上端各设有一个高压快恢复二极管217。高压快恢复二极管217的正极接在低电位线包的末端，高压快恢复二极管217的负极接在高电位线包的起始端。高压快恢复二极管217将次级线圈215每个线包作高频隔离，绕组的分布电容是按指数下降，有利于提高输出脉冲的上升沿和下降沿的速率；还可以降低对高压快恢复二极管217的反向耐电压要求，既降低成本、又增加工作可靠性，获得意想不到的效果。

滤波电容器C3与整流电路202直流输出端并联。降压电阻器R1串联在数字控制电路204供电回路中，滤波电容器C4与数字控制电路204供电回路并联。数字控制电路204内的振荡器回路外接振荡电阻器Rs和振荡电容器Cs。整流电路202是由二极管D1、D2、D3和D4按桥式整流电路连接。本发明非热等离子体脉冲电源的L、N输入端设有电源联接器7。

本实用新型非热等离子体净化单元的脉冲电源2工作原理：当脉冲发生器205中的开关管Q1被PWM脉冲激励而导通时，次级高压快恢复二极管217因反向而截止；整流电路202直流输出电压施加到脉冲变压器206初级线圈的两端，此时初级线圈214相当于一个纯电感，流过初级线圈214的电流线性上升，电源能量以磁能形式存储在初级线圈214的电感中；当开关管Q1截止时，由于电感电流不能突变，初级线圈214两端电压极性反向，次级线圈215上的电压极性颠倒使高压快恢复二极管217正向导通，初级线圈214储存的能量传送到次级线圈215，提供输出脉冲电流给外接的等离子体反应器1供电。

本实用新型所述的电流检测电路208内电阻器R5既是绝缘栅场效应开关管Q1的源极电阻器，又是电流检测电路208的电流取样电阻器。电阻器R5上的取样电流送入数字控制电路204的误差放大器，由设在数字控制电路204内部的振荡器和PWM比较器处理，转换成数字控制电流后输出至脉冲发生器205的输入端，自动调整脉冲发生器205的输出脉冲宽度，进一步自动控制等离子体反应器1工作电流稳定性能。

本实用新型所述的脉冲限幅电路210内设有瞬变二极管D5和快恢复二极管D6反向串联后与初级线圈214并联，瞬变二极管D5的正极与整流电路202的正输出端连接。快恢复二极管D6的正极与绝缘栅场效应开关管Q1漏极连接，电容器C6与瞬变二极管D5并连。瞬变二极管D5在脉冲限幅电路210中起箝位作用，本实施例当市电电压为220V时，瞬变二极管D5优选1.5KE250A型，工作电流4.2A，限幅电压237——263V。

图7是本实用新型的脉冲电源输出的电流波形图。此放电电流波形是在脉冲变压器206的输出端外接等离子体反应器1接地端的取样电阻器上测得的。数字式示波器显示表明：脉冲占空比为16％，脉冲宽度是3uS，脉冲上升时间为70nS。本发明脉冲变压器输出高压放电电流波形一致性好，等离子体反应器1的电晕放电稳定。

图8是本实用新型的电磁兼容、传导干扰测试报告。由于本发明非热等离子体脉冲电源设有EMC滤波器201，脉冲变压器206初级线圈的两端设有脉冲限幅电路210，脉冲发生器205与脉冲变压器206是按反激式逆变器设置，外接的等离子体反应器1与市电隔离，其外壳直接接地，电磁屏蔽、安全性能好。测试报告显示：本发明从0.009---30MHz频段范围内，电磁兼容指标符合国内外有关标准规定。

实施例2：

本实用新型非热等离子体净化单元所设置的阻止微放电导电轨103是由铝棒或不锈钢条制成，若干条镍铬金属丝或镍铬金属带制成的正电极101的两端固定在阻止微放电导电轨103上对应位置的凹槽内予以定位；也可以是凸梢替代凹槽，对于固定镍铬金属丝尚可，固定镍铬金属带会出现歪斜弊端。发明人设计过用弹簧、不锈钢片替代阻止微放电导电轨103上对应位置的凹槽部位固定镍铬金属丝、镍铬金属带，均出现上述缺陷；特别严重的是当风机开启，由于弹簧、不锈钢片存在弹性的不稳定性导致镍铬金属丝、金属带晃动更甚，严重时正电极101工作打火，影响等离子体反应器放电稳定性在所难免。正电极101选用高电阻电热合金的镍铬金属丝或镍铬金属带；镍铬金属丝直径最佳值是0.20mm，或镍铬金属带最佳宽度是2mm，厚度是0.08——0.10mm。

实施例3：

本实用新型非热等离子体净化单元所设置的脉冲变压器206设有一个多槽绝缘线圈骨架212，次级线圈215是分三段、四段或五段绕制在多槽绝缘线圈骨架212相对应的凹槽内串联而成。一般地说，线圈分三段绕制的绕组分布电容是原来的九分之一左右，线圈分五段绕制的绕组分布电容是原来的二十五分之一左右。脉冲变压器206的输出端设有高压导线213与等离子体反应器1的正极连接。高压快恢复二极管217的耐电压参数至少是12KV，恢复时间小于80nS；初级线圈214是绕在初级绝缘线圈骨架211内，初级绝缘线圈骨架211和多槽绝缘线圈骨架212的内孔中设有磁芯216作电磁耦合。磁芯216是铁基超微晶铁心，磁回路中设有磁气隙218，磁气隙218的设置宽度是0.15——0.4mm，是根据工作频率和输出功率予以调整；最佳实施例工作频率38KHz，输出功率7W，磁气隙218设置宽度是0.25mm。所述的磁芯216也可以是R2KD的铁氧体磁心材料制成。只是软磁铁氧体磁芯的工作磁通密度不高、磁导率偏低，绕组线圈需要增加一倍以上才能达到原来的电感量，这当然会使脉冲变压器206的输出效率、脉冲上升速率指标不如铁基超微晶铁心优越。

实施例4：

本实用新型非热等离子体净化单元的风机组件3内设有锯齿状边缘风叶的低噪声风机，锯齿高度是8mm，齿间距离为12mm。风机组件3由风机固定板812用固定螺钉813被固定在外壳8上。依照仿生学的观点，鸟类翅膀边缘羽毛尖端呈锯齿状，翅膀上下波动与高速气流磨擦噪音是极低的。锯齿状边缘风叶的低噪声风机与同样功率、风量的普通风机对比，平均噪声指标要低3-5dB。一种普通风机外径为220mm，风管长60mm，额定电压220V/50Hz，工作电流0.60A，风量1200m³/h时的噪声是59.5dB(A)，换上同样大小的锯齿状边缘风叶后实测噪声为54.8dB(A)。

实施例5：

本实用新型非热等离子体净化单元所设的脉冲变压器206的输出地电位端接有异常状态保护电路209，异常状态保护电路209内设有光耦IC2，光耦IC2的输入端1脚接地，光耦IC2输入端2脚与脉冲变压器206的次级线圈异名端b2连接，光耦IC2输出端3脚接整流电路202的负输出端，光耦IC2的4脚是输出端。光耦IC2的2、3脚并联高压电容器C7，取样电阻R6并联在光耦IC2的输入端。流经取样电阻R6上是脉冲变压器206送至等离子体反应器1的工作时取样电流，由光耦IC2光电转换作电隔离后，将等离子体反应器1的工作信号电流送至数字控制电路204内的误差放大器和PWM比较器。当等离子体反应器1工作时被损坏、老化、短路时的异常状态信号电流经过光耦IC2转换成光信号，进行光电隔离后再还原成电信号送至数字控制电路204处理，PWM比较器的脉宽为零，绝缘栅场效应开关管Q1被关闭，实现自动保护。

实施例6：

本实用新型非热等离子体净化单元所设的EMC滤波器201设有差模电感器LI和共模电感器L2两者串联，EMC滤波器201输入端并联电容器C1，EMC滤波器201输出端并联电容器C2。去除由整流电路202、开关管Q1，和脉冲变压器206工作所引起的大部分差模、共模干扰信号。

本实用新型非热等离子体净化单元是装置在洁净室天花板上，使室内空气以每秒0.3-0.6米的速度通过反应器，流经非热等离子体净化单元的流量按每小时计算，至少是室内空气总量的十倍；当洁净室空间大，一个非热等离子体净化单元的容量不够时，可以多个并列安装使用。

根据上述本实用新型将电晕放电所产生的等离子体应用于空气消毒净化，不但可以杀死病毒、细菌之类微生物，分解气态污染有机物，还可从气流中分离出可吸入颗粒物。

本实用新型使用范围是工厂洁净室：食品厂、电子、光学、精密仪器、车间生物制药研究室、实验室及医院手术室、隔离病房等洁净度要求较高的场所；也可用于办公大楼、会议室、影剧院、火车、汽车、地铁、舰船等公共场所的空气消毒净化，避免交叉感染。尤其是当今全球甲型H1N1流感疫情严重，死亡病例近万人，出现疫情的国家和地区达到了199个之多，已经到达高发期，本实用新型的意义重大。

以上所述，仅仅是参照附图的实施例对本实用新型作了进一步说明，并非对本实用新型的限定。在本实用新型的技术理念范围内，本领域技术人员可以按上述揭示的实用新型所设计的等离子体反应器内阻止微放电技术及其脉冲电源内容作出包括材质在内的各种方式简单变形或等同替代，均属于本实用新型技术方案的范围内。例如：所述的正电极是若干条镍铬金属丝或镍铬金属带，可以改为钼、钨制成棱型、椭圆型、三角形作等同替代。但是钼、钨材料的机械强度及空气中耐氧化性能差；棱型、椭圆型、三角形的正电极加工困难。四根正电极金属支架可以减少至两根甚至一根，这种结构的电连通困难，长期运行会出现电接触不良。脉冲发生器内设有绝缘栅场效应开关管Q1可以用双极型晶体管或IGBT替代......上述各种方式的简单变形或等同替代仅仅是举例。不言而喻，都属于本实用新型的技术理念范围内的，并不会偏离本实用新型的精神或者超越权利要求书定义的范围。

Claims (6)

1.非热等离子体净化单元，包括等离子体反应器(1)、脉冲电源(2)、风机组件(3)、进风口(5)、出风口(6)、电源联接器(7)和外壳(8)，进风口(5)设有空气过滤器(809)，出风口(6)设有空气过滤器(810)，等离子体反应器(1)设置在气流之中，其特征在于所述的等离子体反应器(1)内设有若干条镍铬金属丝或镍铬金属带在同一平面内按等距离平行排列制成的正电极(101)，正电极(101)置于相邻两个负电极(102)中间部位；正电极(101)的两端是固定在阻止微放电导电轨(103)上对应的凹槽或凸部中，阻止微放电导电轨(103)的两端再与正交设置在反应器四周的四根正电极金属支架(104)固定，并作电连通；每根正电极金属支架(104)的上、下两端各设一个绝缘连接物(105)与反应器外壳(108)相对应的安装孔固定；所述的负电极(102)的上、下两端是直接固定在金属制成的反应器外壳(108)上，并作电连通；所述的脉冲电源(2)内设有EMC滤波器(201)、整流电路(202)、滤波电路(203)、数字控制电路(204)、脉冲发生器(205)、脉冲变压器(206)依次序作电连接，脉冲变压器(206)的输出端外接等离子体反应器(1)；所述的脉冲发生器(205)输出端设有电流检测电路(208)，将检测到的脉冲发生器输出电流信号送入设在数字控制电路(204)内的振荡器、误差放大器和PWM比较器，转换成数字控制电流后输出至脉冲发生器(205)的输入端；所述的脉冲变压器(206)与脉冲发生器(205)内设有绝缘栅场效应开关管Q1是反激式逆变器设置的。

2.根据权利要求1所述的等离子体空气消毒净化器，其特征在于所述的阻止微放电导电轨(103)是由铝棒或不锈钢条制成，若干条镍铬金属丝或镍铬金属带制成的正电极(101)的两端固定在阻止微放电导电轨(103)上对应位置的凹槽或凸部中予以定位；正电极(101)的镍铬金属丝直径最佳值是0.20mm，或镍铬金属带最佳宽度是2mm，厚度是0.08——0.10mm。

3.根据权利要求1所述的等离子体空气消毒净化器，其特征在于所述的脉冲变压器(206)设有一个多槽绝缘线圈骨架(212)，次级线圈(215)是分三段至五段绕制在多槽绝缘线圈骨架(212)相对应的凹槽内串联而成；所述的初级线圈(214)和次级线圈(215)的内孔中设有磁芯(216)作电磁耦合，磁芯(216)的磁回路中设有磁气隙(218)；所述的磁芯(216)最佳设计用铁基超微晶铁心，也可以设置铁氧体磁心。

4.根据权利要求1所述的等离子体空气消毒净化器，其特征在于风机组件(3)中设有锯齿状边缘风叶的低噪声风机，锯齿高度是8mm，齿间距离为12mm。

5.根据权利要求1所述的等离子体空气消毒净化器，其特征在于所述的脉冲变压器(206)的输出地电位端接有异常状态保护电路(209)，异常状态保护电路(209)的输出端与数字控制电路(204)输入端连接，将脉冲变压器(206)送至等离子体反应器(1)的工作电流取样、光电隔离后的信号电流送入数字控制电路(204)输入端，经数字处理后的控制电流从数字控制电路(204)输出端送至脉冲发生器(205)输入端。

6.根据权利要求1所述的等离子体空气消毒净化器，其特征在于所述的EMC滤波器(201)设有差模电感器LI和共模电感器L2两者串联，EMC滤波器(201)输入端并联电容器C1，EMC滤波器(201)输出端并联电容器C2。

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