CN101943441B - 等离子体空气消毒净化空调机 - Google Patents

Abstract

本发明属于空气消毒净化技术领域，具体涉及等离子体空气消毒净化空调机。包括室内柜机和室外主机，室内柜机内设有等离子体反应器、脉冲电源、风机、热交换器等；所述的等离子体反应器内设有正电极和负电极，正电极是由若干条金属带平行排列制成，负电极是铝板或不锈钢板；还设有若干条由铝棒或不锈钢条制成的阻止微放电导电轨，正电极金属带的两端是分别固定在阻止微放电导电轨上相对应位置上的。它既能调节温度，又能杀灭细菌、病毒，降解有机化合污染物，去除颗粒状的气溶胶，无二次污染；而且节能，可靠性好、工作寿命长。专为空气消毒净化空调机设计，可用于医院、洁净室、办公楼、商场、宾馆及家庭等场所。

Description

等离子体空气消毒净化空调机

技术领域：

本发明属于空气消毒净化技术领域，具体涉及等离子体空气消毒净化空调机。

背景技术：

随着社会经济的发展、科技的进步，人民的生活水平不断提高，空调机快速进入家庭、办公室、商场、宾馆等场所。利用空调机调节室内温度22--28℃，给人们创造了一个舒适的室内环境。但是开启空调门窗都封闭，室内电器设备、装饰材料及人员活动产生的有害气体、病毒、细菌及气溶胶等污染物；而且空调机本身的冷凝水、滤网的霉变，滋生病毒、霉菌，使不少人得“空调病”和“不良建筑综合症”。特别是前几年的军团菌病、SARS、禽流感，现阶段的甲型H1N1流感病毒的爆发。世界卫生组织发表的最新疫情公报称：全球甲流感死亡人数超过万人，其中美国占了极大部。泱泱能耗大国，空调使用率高，感染概率当然高。“病毒无药可解”，室内环境污染的治理已越来越引起人们的重视，引起了国内环保专家和政府的关注和重视。

空气中的病毒和细菌类微生物大多以分散颗粒状的气溶胶形式存在。空气中气溶胶粒子数与空气细菌浓度呈正比相关。据美国CDC调查表明，空气中浮游物中的细菌浓度在700～1800cfu/m³时有发生感染的危险性。感染性病原体通常附在空气中≤5μm浮游微粒上，通过气溶胶形式随空气流动而扩散，被感染者因吸入这种空气而致病，造成交叉感染。无消毒功能的空调机的使用是发生交叉感染重要因素之一。

为此，专业人士对空调机进行研究改进，技术方案不外乎紫外线型、臭氧型、静电型、等离子体型等空气消毒净化装置。

静电型空气消毒净化装置利用阳极放电，使空气中的颗粒物带正电荷，在库仑力的作用下，将带正电的颗粒物捕获在带负电的集尘装置上。它由离子化装置、集尘装置、送风装置及高压电源等部件构成，能够捕获Φ0.01μm以上的微粒，风阻小，除尘效率高达90％以上。缺点在于分解空气中的有害细菌、病毒及有机污染物能力是低的；细菌、病毒与颗粒物一起被捕获在带负电的集尘装置上，当电极板上的尘埃粒子积存较多而不及时清理，有二次污染之虞。

臭氧型空气消毒净化装置(有的称高能电子型)：

它利用高频电场加在介质隔离的两个电极上作沿面放电，在电介质表面积蓄大量的正或负电子，与空气中的分子发生作用，产生高能量、高浓度的离子群，其中正离子能穿透细菌细胞壁，深入细胞壁内部，破坏细胞电解质的平衡，损坏细胞膜，导致细菌、病毒的迅速死亡。高能离子反应器工作时产生的氧离子群具有极强的氧化活性，使生物大分子如DNA、ANA链断裂，将蛋白分子结构破坏，从而杀灭微生物；它还能降解TVOC，消除异味，它有效避免污物残留，无二次污染。

缺点：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；臭氧的穿透力弱，对物体纵深处细菌杀灭能力低，也不能集尘。缺点是臭氧一旦泄漏，对人体呼吸道造成伤害，已被医院手术室、病房逐渐淘汰。

紫外线空气消毒净化型(uV)：

紫外线灭菌采用低气压汞蒸汽放电管在高电压电场作用下辐射出波长为253.7nm的紫外线杀灭细菌、病毒等微生物。紫外线灭菌***把风机送来的空气予以杀菌消毒，同时还降解有机物和异味。

主要缺点是：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；紫外线灯管工作寿命也只有8000小时。问题在于100m³房内达到***关于医院II类环境标准，紫外线、臭氧要达到同样消毒效果的能耗相仿，为160--240W；特别是上述缺陷的存在，这也是目前医院很少采用的原因。

等离子体型空气消毒净化装置：

现有的空调机用的等离子体反应器是由正电极、负电极板、绝缘支架和外壳组成。正电极的结构主要有金属丝、锯齿状或尖针状几种。

室内空气处于常温、常压状态下，选用耐氧化细金属丝、锯齿状或尖针状结构作为放电正电极，金属板作为负电极，这类极不对称放电极的反应器作电晕放电产生等离子体进行空气消毒净化时，细金属丝电晕放电均匀，产生等离子体浓度高，理应是一种优先。但是，细金属丝结构作为放电正电极的等离子体反应器进行空气消毒净化，市场上以前出现过，现在的近三年却是销声匿迹，被锯齿状或尖针状结构作为放电正电极的反应器所取代。

原因是目前等离子体反应器设计不合理：构成等离子体反应器的放电正电极选用细金属丝容易被烧断。为此，放电正电极大多选用不锈钢制成锯齿状或尖针状结构。虽然锯齿状或尖针状不容易被烧断，但是它们处于的尖端放电形成放电流注，在暗室中可以看到正电极与负电极之间有一条Φ0.2mm左右的紫蓝光细线--这是空气中放电不均匀现象。在紫蓝光线附近等离子体浓度高，空气中的氧气和氮气容易被激活，生成臭氧及氮氧化物等不利因素；而离开紫蓝光线稍远处的等离子体浓度低，空气消毒净化效果就差。这类反应器的消毒效果受臭氧及氮氧化物浓度的制约，这也是目前专业技术人员感到最棘手的难题。还有一个严重缺陷是工作不到几个月，锯齿状或尖针状放电尖端因溅射效应而变钝。由于正电极的曲率半径越大，起晕电压越高，放电电流随之减小，空气消毒净化效率当然会降低。这种衰退现象潜移默化，等离子体浓度降低不容易被使用者发现。反应器虽然还在工作，却形同虚设。

等离子体型空气消毒净化装置的消毒净化效果显著，比上述几类无论如何从杀灭细菌、病毒等微生物；降解有机物及捕获颗粒物这三方面都不逊色。前几年这方面的论文、专利比较多，但是近四、五年市场上逐渐被锯齿状放电电极的静电型空气净化空调所取代。据调查分析，主要原因是等离子体型空气消毒净化装置内的放电正电极的金属丝容易断，改成锯齿状放电电极的臭氧太浓，效率低之故。

例如：申请号为200710015213.1，公开日：2008年12月24日，发明名称：《一种新型空调空气净化器》，独立权利要求载明：包括壳体、气窗、光净化器件所构成，其特征在于：光净化器件设置在壳体内的管架上，光净化器件是由玻参管和激发光源所构成，激发光源设置在玻参管的管室内，光净化器件的玻参管，其管壁表面设有光催化层。所说的催化层为纳米TiO₂、SiO₂或金属离子的复合材料。

该发明杀灭细菌、病毒等微生物和降解有机物、异味有效。但是设有玻参管和激发光源，紫外线对人体眼睛、皮肤会造成伤害；玻参管工作寿命短，激发光源能耗大是不言而喻的。

再如：申请号为200610044696.3，申请日：2006年6月8日，发明名称：《空调净化消毒器》，权利要求书载明：一种空调净化消毒器，其特征在于包括分体柜式空调器的主机和柜机，柜机内装有冷凝器和风机，柜机机壳上部有出风窗，下部有进风窗，前面有控制面板，风机与进风窗相对应，在风机的上方与出风窗之间依次设置有静电收尘装置和吸附过滤器。静电收尘装置包括锯齿状放电电极、管状收尘电极和管状放电电极，锯齿状放电电极与管状收尘电极间形成放电区，管状放电电极和管状收尘电极间形成收尘区。

该发明的锯齿状放电电极工作寿命长，有净化消毒效果，除尘效率高。缺点在于是尖端放电，放电不均匀，易生成臭氧及氮氧化物等不利因素；分解有害细菌、病毒及有机污染物能力低，有二次污染之虞。

发明内容：

本发明是为了解决现有技术的缺陷，提供既能调节室内合适温度，又能杀灭细菌、病毒，降解有机化合污染物，去除颗粒状的气溶胶，无二次污染；而且节能，可靠性好、工作寿命长的等离子体空气消毒净化空调机。

为了达到上述目的，本发明所设计的等离子体空气消毒净化空调机，包括室内柜机和室外主机，室内柜机内设有等离子体反应器、脉冲电源、风机、控制器、进风口、出风口、空气过滤器、导风板、热交换器，均安装在外壳内；等离子体反应器设在风机的出风口，风机安装在导风板上，脉冲电源的高压输出端与等离子体反应器作电连接，控制器的输出端分别与脉冲电源和风机的电源输入端电连接，等离子体反应器与热交换器设置在风道中。所述的等离子体反应器内设有正电极和负电极，正电极是由若干条耐氧化的金属带设在同一平面内按等距离平行排列制成一个组件，共计n组(n为50以内整数)；所述的负电极是铝板或不锈钢板制成，共计n+1块，正电极设置在相邻两块负电极中间部位。等离子体反应器内还设有若干条由铝棒或不锈钢条制成的阻止微放电导电轨，所述的正电极金属带的两端是分别固定在阻止微放电导电轨上相对应位置上的；阻止微放电导电轨的两端各设置一个绝缘连接物，并固定在反应器外壳相对应的安装孔中；若干条阻止微放电导电轨用耐氧化导线作电连通。

优选地，所述的阻止微放电导电轨上设有等距离排列的凸部，正电极的两端是分别固定在相对应导电轨上的凸部顶端；阻止微放电导电轨的凸部上下对称两个设为一组，每根阻止微放电导电轨的凸部设n组，凸部顶端设置向外侧弯头；正电极两端设有不锈钢连接框，不锈钢连接框中间冲成方孔，所述的凸部109顶端弯头套入不锈钢连接框方孔内；所述的负电极靠反应器外壳边的上、下两端各设一个凸出的负电极固定梢，反应器外壳对应处开凹槽对接紧固。

优选地，所述的阻止微放电导电轨上设有等距离排列的凹部，凹部设n组，正电极金属带的两端是分别固定在相对应阻止微放电导电轨的凹部；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；正电极金属支架的外缘设有若干个圆筒状的阻止微放电导电轨固定圈，阻止微放电导电轨固定圈等距离隔开相邻的阻止微放电导电轨；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，再设绝缘连接物固定栓把绝缘连接物紧固在金属反应器外壳上。

优选地，所述的负电极表面是氧化处理的铝板制成，负电极的两面敷设纳米级TiO₂。

优选地，所述的脉冲电源2内设有一个半导体开关管Q1和脉冲升压变压器216，半导体开关管Q1和脉冲升压变压器是按单端反激式逆变电路设置的；所述的半导体开关管Q1的漏极D与脉冲升压变压器的初级线圈同名端a1连接，开关管Q1的源极S经限流电阻器R1与输入直流电源DC负极连接，初级线圈异名端b1连接输入直流电源DC正极；初级线圈和次级线圈的同名端a1、a2和异名端b1、b2是反向设置的。

优选地，所述的脉冲升压变压器设有一个多槽绝缘线圈骨架，次级线圈是分三段、五段至七段绕制在多槽绝缘线圈骨架相对应的凹槽内串联而成；每个线包的上端各设有一个高压快恢复二极管，高压快恢复二极管的正极接在低电位线包的末端，高压快恢复二极管的负极接在高电位线包的起始端；所述的初级线圈和次级线圈的内孔中设有磁芯作电磁耦合，磁芯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。

优选地，所述的开关管Q1的G极设有驱动电路IC，驱动电路IC内设有振荡器ZTC、误差放大器WCF和比较器PWM，驱动电路IC是制成一个模块；也可以选用开关电源控制集成电路UC3842类替代。

优选地，所述的制成正电极是由耐氧化的高电阻电热合金制成，也可以是铁铬铝合金材料制成；正电极的镍铬金属带的牌号为Cr20Ni80的高电阻电热合金，也可以是铁铬铝材料的牌号为0Cr27A17Mo2的高电阻电热合金；金属带宽度是1--2mm，厚度是0.05mm--0.20mm。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

本发明等离子体空气消毒净化空调机设有室内柜机和室外主机，室内柜机内设有等离子体反应器、脉冲电源、风机、热交换器等，既能消毒净化，又能调节室内空气温度。

尤其是等离子体反应器内设有正电极是由耐氧化的金属带设在同一平面内按等距离平行排列制成；负电极是铝板或不锈钢板制成，还设有若干条由铝棒或不锈钢条制成的阻止微放电导电轨，正电极的两端是分别固定在阻止微放电导电轨上相对应位置上的。所以与现有技术相比，等离子体反应器内微放电效应被阻止，使每根正电极在脉冲电源强电场中作稳定的电晕放电，获得高强度等离子体。与放电极是锯齿状或尖针状的处于尖端放电状态相比，金属带的正电极是沿着带状四周均匀放电，获得等离子体强度是锯齿状或尖针状的2--4倍，能高效杀灭细菌、病毒，又能降解TVOC，消除异味。等离子体反应器内的高压静电场能吸附粒径小至0.01μm颗粒状的气溶胶。

经实测：在20m³密封房间空气中人工喷染的白色葡萄球菌，一台额定功率为7W的本发明工作20min后的杀灭率为99.98％以上，工作40min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≤0.02mg/m³。

再是本发明设计的脉冲电源的输出高压脉冲上升时间短。经研究，在室内环境中为使呈容性的等离子体反应器产生多的高能电子，激发气体分子进行电离或离解，产生强氧化性的自由基，最好采用窄脉冲(脉宽几μS、上升时间为几十至几百nS)放电电流。在极短的时间内，电子被加速成为高能电子，而其它质子较大的离子由于惯性作用，在脉冲瞬间来不及被电子加速而基本保持静止。空气中的氮气和氧气不会被激活，产生的臭氧和氮氧化物≤0.02mg/M³，实测结果验证上述研究成果。

开发本发明重点关注的是：正电极的金属带在反应器中作电晕放电时，引起溅射导致电极损耗后，金属带损耗处因缺损后距离负电极板拉远，放电电流自然减小；反之金属带损耗较少部位放电电流自动增大。这样，正电极损耗处于自我调节状态，进一步延长其工作寿命，正电极的有效工作寿命可达8--12年，获得意想不到的效果。

本发明既能调节室内温度，又能高效杀灭细菌、病毒，降解TVOC，消除异味，去除颗粒状的气溶胶，无二次污染；而且节能，可靠性好、工作寿命长。

本发明的又一个研究成果是发现等离子体反应器内的“微放电现象”及提出阻止微放电的导电轨技术方案。

等离子体用于空气消毒净化设备是近十几年事，以前的等离子体反应器正电极选用电晕放电优良的细金属丝，但是近几年被锯齿状或尖针状结构所取代。锯齿状或尖针状结构是静电型空气消毒净化设备首选，用于等离子体反应器不理想。究其原因是细金属丝放电寿命大都在三、四个月，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。

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。”在该发明的技术方案中提出：一种拼装积木式窄间距静电场装置，包括放电极(放电极即为正极)、收尘极(收电极即为负极)和绝缘子，放电极与收尘极间隔平行排列，放电极两端连接放电极连接件，放电极的下部为锯齿状，放电极的上部为管状，锯齿状放电极与收尘极形成收尘区，收尘极两端连接收电极连接件，放电极连接件和收电极连接件分别连接在绝缘子上。

上述发明创造的“放电极的下部为锯齿状”是不得已而为之。宁可牺牲消毒净化效果，以换取消毒净化器的工作寿命的技术方案是一种偏见。

经过调查分析：多数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。研究表明：介电常数高的绝缘材料对隔离高电位的正、负极是有好处，致命弱点是在等离子体反应器内就会产生“微放电现象”。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。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。本发明的“等离子体反应器内还设有若干条由铝棒或不锈钢条制成的阻止微放电导电轨，所述的正电极的两端是分别固定在阻止微放电导电轨上相对应位置上的”，就是根据这一等离子体反应器内“微放电效应”作出的。

由此可见，本发明对于所属技术领域的技术人员是非显而易见的，并能够产生预想不到的技术效果。

附图说明：

图1是本发明等离子体空气消毒净化空调机剖面结构示意图；

图2是本发明的等离子体反应器半剖面的立体结构图；

图3是本发明的阻止微放电导电轨结构示意图；

图4是本发明的等离子体反应器另一实施例的立体结构图；

图5是本发明的脉冲电源电原理图；

图6是本发明的脉冲升压变压器结构示意图；

图7是本发明的脉冲升压变压器电路图；

图8是本发明脉冲升压变压器输出高压放电电流波形图。

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

4-控制器            5-进风口      6-出风口

8-外壳                10-空气过滤器      12-导风板

13-压缩机             15-热交换器

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     109-凸部

110-不锈钢连接框      111-负电极固定梢   212-多槽绝缘线圈骨架

214-初级线圈          215-次级线圈       216-脉冲升压变压器

217-高压快恢复二极管  218-磁气隙

具体实施方式：

下面参照附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。

实施例1：

图1是本发明等离子体空气消毒净化空调机剖面结构示意图；图2是本发明的等离子体反应器半剖面的立体结构图；图3是本发明的阻止微放电导电轨结构示意图。

等离子体空气消毒净化空调机，包括室内柜机和室外主机，室外主机装有压缩机和散热风扇，室内柜机与室外主机用铜管气密连接，铜管内设有传热媒介物。室内柜机内设有等离子体反应器1、脉冲电源2、风机3、控制器4、进风口5、出风口6、空气过滤器10、导风板12、热交换器15，均安装在外壳8内。等离子体反应器1设在风机3的出风口，风机3安装在导风板12上，脉冲电源2的高压输出端与等离子体反应器1作电连接。控制器4的输出端分别与脉冲电源2和风机3的电源输入端电连接，等离子体反应器1与热交换器15设置在风道中。所述的等离子体反应器1内设有正电极101和负电极102，正电极101是由若干条耐氧化的金属带设在同一平面内按等距离平行排列制成一个组件，共计n组(n为50以内整数)。负电极102是铝板或不锈钢板制成，共计n+1块，正电极101设置在相邻两块负电极102中间部位。等离子体反应器内还设有若干条由铝棒或不锈钢条制成的阻止微放电导电轨103，正电极101金属带的两端是分别固定在阻止微放电导电轨上相对应位置上的。阻止微放电导电轨103的两端各设置一个绝缘连接物105，并固定在反应器外壳108相对应的安装孔中；若干条阻止微放电导电轨103用耐氧化导线作电连通。等离子体反应器的进风口可加设一中效空气过滤器，以减轻等离子体反应器的颗粒物吸附量。

若干条耐氧化的金属带的正电极101的电晕放电电场是沿着正电极101的径向四周分布均匀。在实施中选用同体积的上述不同结构正电极的反应器，正、负电极放电距离也相同，包括电源配置等条件，耐氧化的金属带正电极101制成的反应器所产生的等离子体浓度是锯齿状或针尖状正电极的反应器的二倍以上，而且测定的臭氧指标只是锯齿状或针尖状的正电极反应器的四分之一，符合国家关于《室内空气质量标准》中的臭氧量≤0.16mg/m³的规定。

必须说明的是本发明的反应器外壳108与负电极102平行的两边还兼任负电极功能，不但结构精巧简单，节省材料；而且整体牢固，性能稳定。

实施例2：

本发明的阻止微放电导电轨103上设有等距离排列的凸部109，正电极101的两端是分别固定在相对应导电轨上的凸部109顶端；阻止微放电导电轨103的凸部109上下对称两个设为一组，每根阻止微放电导电轨103的凸部109设n组，凸部109顶端设置向外侧弯头。正电极101两端设有不锈钢连接框110，不锈钢连接框110中间冲成方孔，所述的凸部109顶端弯头套入不锈钢连接框110方孔内。负电极102靠反应器外壳108边的上、下两端各设一个凸出的负电极固定梢111，反应器外壳108对应处开凹槽对接紧固。

负电极铝板厚度设1～2.0mm，表面氧化处理，工作寿命长，外观亮丽。或制成负电极102的不锈钢板厚度0.5～1.5mm。实施中用焊接技术，有翘边现象出现。把负电极102弯边拧锣钉会出现装配误差，工艺上都不如本优先实施例。

所述的凸部109顶端弯头套入不锈钢连接框110方孔内；凸部109是厚度0.3～1mm的不锈钢弹性片。组装时，把不锈钢连接框110与正电极101两端依照所设计长度加工好，再把两端的不锈钢连接框110套入相应的阻止微放电导电轨的凸部109弯头，操作简便，技术指标一致性好。

本发明所述的每组上下对称的两个凸部109弯头处是按同极性屏蔽效应距离设计的，每根正电极101的金属带之间距离范围是按10～30mm排列。正电极101与负电极102之间的放电距离设计范围是6～20mm。正电极101与负电极102之间的距离是根据外加高压电源的电场强度设定的。

实施例3：

如图4所示，所述的阻止微放电导电轨103上设有等距离排列的凹部，凹部设n组，正电极101的两端是分别固定在相对应阻止微放电导电轨103的凹部；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；正电极金属支架104的外缘设有若干个圆筒状的阻止微放电导电轨固定圈107，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；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与外壳108相对应的安装孔固定。再设绝缘连接物固定栓106把绝缘连接物105紧固在金属反应器外壳108上。

凹槽的宽度和深度与正电极101的金属带相配合，优点是定位精确，金属带在空气流中不易晃动，加工工艺比阻止微放电导电轨103上设凸部109简单；缺点是无弹性，工作时间久，正电极101的金属带会松弛。

导电轨固定圈107的长度按减小同极性电磁场相互屏蔽作用的要求设定。试验表明：相邻的两条正电极距离过小(本例＜12mm时)，由于同极性电磁场相互屏蔽作用导致电晕放电微弱；但是，距离过大(本例＞30mm时)，占用空间大，又会使等离子体浓度下降。阻止微放电导电轨103、正电极金属支架104和导电轨固定圈107都是由铝或不锈钢材料制成。导电轨固定圈107内孔直径大于正电极金属支架104外径0.1--0.2mm。

负电极102的上、下两端是固定在金属制成的反应器外壳108内壁上，并作电连通。绝缘连接物105由塑料嵌金属件制成，并与正电极金属支架104两端的螺纹相配合。绝缘连接物105设定直径大于正电极与负电极放电距离时，直接与金属外壳相对应的安装孔固定。当绝缘连接物105设定直径小于正电极与负电极放电距离时，由绝缘连接柱固定栓106把绝缘连接物105紧固在金属反应器外壳108上。等离子体反应器整体精巧、牢固。

实施例4：

所述的负电极102表面是氧化处理的铝板制成，负电极102的两面敷设纳米级TiO₂。利用等离子体反应器自身发出的紫外线激发TiO₂，消毒因子是低温等离子体加激发TiO₂所产生的自由基。等离子体和自由基是双重高效杀灭细菌病毒，降解挥发性有机化合物、污染物；还省去紫外线灯管和镇流器，获得意想不到的效果。

所述的纳米级TiO₂是带隙能3.2eV的锐钛矿型催化剂，带隙能值高。

特别强调的是等离子体反应器负电极102表面氧化处理的铝板制成，上面层面容易敷设TiO₂。氧化处理生成的Al₂O₃层面薄，在18KV_P-P窄脉冲高压电场中不影响电晕放电。当等离子体反应器作电晕放电时，反应区发出的蓝光含有紫外线，波长为300--400nm，光强峰值位于357nm。而TiO₂的禁带宽度是3.2eV，对应紫外线波长阈值是387.5nm。实验表明TiO₂作空气消毒净化时，催化光源波长最好是≤387.5nm，反应区发出的紫外线波长峰值位于357nm是符合这一条件的。这样一来，紫外光源就可省掉，避免了紫外线放电灯损坏、对人体的伤害及紫外光源耗电量大的弊端。

二氧化钛(TiO₂)光催化净化技术是高科技前沿净化技术。光触媒是利用光源做催化反应促进有机物分解的光半导体物质，二氧化钛在紫外光线作用下，光源的能量激发TiO₂周围的气体分子产生活性极强的自由基。这些氧化能力极强的自由基几乎可以分解绝大部分有机物质与部分无机物质，产生具有强氧化能力的空穴，其能量相当于15000K的高温；自由基还能破坏细菌的细胞膜，使细胞质流失，进而氧化细胞核，而杀死细菌。它可以直接杀灭细菌和彻底分解有机物为CO₂和H₂O等无机无害小分子，达到杀菌，除臭，空气净化的效果。目前常用的光触媒是氧化能力极强的超微粒子化的二氧化钛，检测中心检测结果表明：光触媒对常见的细菌的杀灭率在99％以上。

本发明的光触媒二氧化钛(TiO₂)光催化净化技术，是依靠等离子体反应器本身产生紫外线的照射催化作用，避免紫外线放电灯容易损坏及耗电大的弊端；特别是使杀灭细菌和分解有机物效果加倍。

实施例5：

图5是本发明的脉冲电源电原理图；图6是本发明的脉冲升压变压器结构示意图；图7是本发明的脉冲升压变压器电路图。

图中所示：所述的脉冲电源2内设有一个半导体开关管Q1和脉冲升压变压器216，本发明的半导体开关管Q1和脉冲升压变压器是按单端反激式逆变电路设置的，逆变输出的窄脉冲电流上升速率高，产生的臭氧和氮氧化物≤0.02mg/M³。

半导体开关管Q1的漏极D与脉冲升压变压器216的初级线圈214同名端a1连接，开关管Q1的源极S经限流电阻器R1与输入直流电源DC负极连接，初级线圈214异名端b1连接输入直流电源DC正极；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。脉冲升压变压器216设有一个多槽绝缘线圈骨架212，次级线圈215是分三段、五段至七段绕制在多槽绝缘线圈骨架212相对应的凹槽内串联而成。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。脉冲电源2与等离子体反应器正电极101用高压导线213连接。

本发明所设计按单端反激式逆变电路设置，获得高频窄脉冲驱动电流，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，反激式逆变器除了完成升压任务，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安全接地，电磁屏蔽性能更好。

同时获得意想不到的有益效果是：反激式逆变器输出的脉冲电流是Q1在关断时使存储在脉冲升压变压器初级绕组内的磁能瞬间释放，获得18KV_P-P，工作频率40KH_Z，脉冲宽度4μS，上升时间70nS的窄脉冲高压电晕放电电流；再是当等离子体反应器意外短路，由于反激式脉冲变压器的隔离作用，即脉冲发生器关闭时脉冲变压器的次级才导通输出，因而脉冲电源的半导体开关管工作是安全的，保护电路只作辅助用。此设计可靠性高，开关管可以选用耐压600V的普通功率半导体管。

实施例6：

所述的初级线圈214和次级线圈215的内孔中设有磁芯作电磁耦合，磁芯的磁回路中设有磁气隙218；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。铁氧体的电感系数低，线圈绕组要增加，损耗当然也大。

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。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。

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。

实施例7：

所述的开关管Q1的G极设有驱动电路IC，驱动电路IC内设有振荡器ZTC、误差放大器WCF和比较器PWM，驱动电路IC是制成一个模块；也可以选用开关电源控制集成电路UC3842类替代。

另一种技术方案是选用开关电源控制集成电路IC1包括开关管是合用一块单片集成电路TOP225或TOP224制成，或是性能更好的单片五端开关电源IC1包括MC33374制成。

本发明所述的脉冲升压变压器216初级线圈设有瞬变二极管D1和快恢复二极管D2，反向串联后与初级线圈214并联，瞬变二极管D1的正极与电源正输出端DC连接，电容器C1与瞬变二极管D1并连。快恢复二极管D2的正极与开关管Q1漏极连接。瞬变二极管D1吸收Q1关断时产生的反向超过阈值的峰值电压，起箝位作用。本实施例当市电电压为220V时，瞬变二极管D1优选1.5KE250A型，工作电流4.2A，限幅电压237--263V。

本发明脉冲电源2工作原理：

市电由整流电路桥式整流，滤波电容器滤波得到直流电源DC。当开关管Q1被PWM脉冲激励而导通时，直流电源DC施加到脉冲升压变压器216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；脉冲升压变压器216次级高压快恢复二极管217因反向而截止。当开关管Q1截止时，由于电感电流不能突变，初级线圈214两端电压极性瞬间反向，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储存的能量瞬间释放，传送到次级线圈215升压，产生高压窄脉冲电流，提供给外接的等离子体反应器作电晕放电。

流经等离子体反应器的工作电流取样送至驱动电路IC内的误差放大器WCF和比较器PWM处理。当等离子体反应器工作时被损坏、老化、短路时的异常状态信号电流经过处理，比较器PWM的输出脉宽为零，开关管Q1被关闭，实现自动保护。同样，当等离子体反应器的工作电流因负载大小而变化，比较器PWM的输出脉宽也改变，控制开关管Q1导通时间，实现自动调整脉冲电源2输出功率，使等离子体反应器作稳定的电晕放电。

图8是本发明脉冲升压变压器216输出高压放电电流波形图。此放电电流波形是在脉冲升压变压器216的输出端外接等离子体反应器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，等离子体反应器的电晕放电稳定。

实施例8：

所述的制成正电极101是由耐氧化的高电阻电热合金制成，也可以是铁铬铝合金材料制成；正电极101的镍铬金属带的牌号为Cr20Ni80的高电阻电热合金，也可以是铁铬铝材料的牌号为0Cr27A17Mo2的高电阻电热合金；金属带宽度是1--2mm，厚度是0.05mm--0.20mm。

本发明是专为空气消毒净化空调机设计，本发明可用于包括医院、洁净室、办公楼、商场、宾馆、影剧院、机场、地铁及家庭等场所的空调空气消毒净化。

以上所述，仅仅是参照附图的实施例对本发明作了进一步说明，并非对本发明的限定。在本发明的关于金属带正电极电晕放电、阻止微放电导电轨、等离子体反应器自身紫外线激发TiO₂等的技术理念范围内，本领域技术人员可以按上述揭示的内容作出各种方式简单变形或等同替代，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.等离子体空气消毒净化空调机，包括室内柜机和室外主机，室内柜机内设有等离子体反应器(1)、脉冲电源(2)、风机(3)、控制器(4)、进风口(5)、出风口(6)、空气过滤器(10)、导风板(12)、热交换器(15)，均安装在外壳(8)内；等离子体反应器(1)设在风机(3)的出风口，风机(3)安装在导风板(12)上，脉冲电源(2)的高压输出端与等离子体反应器(1)作电连接，控制器(4)的输出端分别与脉冲电源(2)和风机(3)的电源输入端电连接，等离子体反应器(1)与热交换器(15)设置在风道中；

其特征在于所述的等离子体反应器(1)内设有正电极(101)和负电极(102)，正电极(101)是由若干条耐氧化的金属带设在同一平面内按等距离平行排列制成一个组件，共计n组，n为50以内正整数；所述的负电极(102)是铝板或不锈钢板制成，共计n+1块，正电极(101)设置在相邻两块负电极(102)中间部位；等离子体反应器内还设有若干条由铝棒或不锈钢条制成的阻止微放电导电轨(103)，所述的正电极(101)金属带的两端是分别固定在阻止微放电导电轨上相对应位置上的；阻止微放电导电轨(103)的两端各设置一个绝缘连接物(105)，并固定在反应器外壳(108)相对应的安装孔中；若干条阻止微放电导电轨(103)用耐氧化导线作电连通。

2.根据权利要求1所述的等离子体空气消毒净化空调机，其特征在于所述的阻止微放电导电轨(103)上设有等距离排列的凸部(109)，正电极(101)的两端是分别固定在相对应导电轨上的凸部(109)顶端；阻止微放电导电轨(103)的凸部(109)上下对称两个设为一组，每根阻止微放电导电轨(103)的凸部(109)设n组，凸部(109)顶端设置向外侧弯头；正电极(101)两端设有不锈钢连接框(110)，不锈钢连接框(110)中间冲成方孔，所述的凸部(109)顶端弯头套入不锈钢连接框(110)方孔内；所述的负电极(102)靠反应器外壳(108)边的上、下两端各设一个凸出的负电极固定梢(111)，反应器外壳(108)对应处开凹槽对接紧固。

3.根据权利要求1所述的等离子体空气消毒净化空调机，其特征在于所述的阻止微放电导电轨(103)上设有等距离排列的凹部，凹部设n组，正电极(101)金属带的两端是分别固定在相对应阻止微放电导电轨(103)的凹部；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；正电极金属支架(104)的外缘设有若干个圆筒状的阻止微放电导电轨固定圈(107)，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)；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，再设绝缘连接物固定栓(106)把绝缘连接物(105)紧固在金属反应器外壳(108)上。

4.根据权利要求1所述的等离子体空气消毒净化空调机，其特征在于所述的负电极(102)表面是氧化处理的铝板制成，负电极(102)的两面敷设纳米级TiO₂。

5.根据权利要求1所述的等离子体空气消毒净化空调机，其特征在于所述的脉冲电源(2)内设有一个半导体开关管Q1和脉冲升压变压器(216)，半导体开关管Q1和脉冲升压变压器(216)是按单端反激式逆变电路设置的；所述的半导体开关管Q1的漏极D与脉冲升压变压器(216)的初级线圈(214)同名端a1连接，开关管Q1的源极S经限流电阻器R1与输入直流电源DC负极连接，初级线圈(214)异名端b1连接输入直流电源DC正极；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。

6.根据权利要求1所述的等离子体空气消毒净化空调机，其特征在于所述的脉冲升压变压器(216)设有一个多槽绝缘线圈骨架(212)，次级线圈(215)是分三段、五段至七段绕制在多槽绝缘线圈骨架(212)相对应的凹槽内串联而成；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；所述的初级线圈(214)和次级线圈(215)的内孔中设有磁芯作电磁耦合，磁芯的磁回路中设有磁气隙(218)。

7.根据权利要求5所述的等离子体空气消毒净化空调机，其特征在于所述的开关管Q1的G极设有驱动电路IC，驱动电路IC内设有振荡器ZTC、误差放大器WCF和比较器PWM，驱动电路IC是制成一个模块；也可以选用开关电源控制集成电路UC3842类替代。

8.根据权利要求1或3所述的等离子体空气消毒净化空调机，其特征在于所述的正电极(101)是由耐氧化的高电阻电热合金制成，正电极(101)金属带宽度是1——2mm，厚度是0.05mm——0.20mm。

9.根据权利要求6所述的等离子体空气消毒净化空调机，其特征在于所述的磁芯最佳设计用铁基超微晶铁心。

10.根据权利要求6所述的等离子体空气消毒净化空调机，其特征在于所述的磁芯也可以设置铁氧体磁心。

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