專利名稱：：等離子體空氣凈化裝置的放電電極結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于空氣消毒浄化
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體的說，本發(fā)明涉及一種等離子體空氣凈化裝置的放電電極結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：社會發(fā)展及エ業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，很大程度上破壞了自然環(huán)境，氣體污染就是其中ー項(xiàng)重要內(nèi)容。不僅如此，在當(dāng)今的環(huán)境下，還滋生出了很多類似SARS、Hmi等特種病毒，嚴(yán)重威脅著人類的生存。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，對于空氣凈化消毒等衛(wèi)生領(lǐng)域需求愈發(fā)強(qiáng)烈。現(xiàn)在，等離子體技術(shù)的應(yīng)用越來越廣，尤其是在滅菌領(lǐng)域被證明有很好的應(yīng)用效果。等離子體滅菌成功率較高、耗時短，是ー種新型的高效滅菌手段。目前在空氣凈化領(lǐng)域，也出現(xiàn)了ー些基于等離子技術(shù)的空氣凈化設(shè)備，同時相對傳統(tǒng)的滅菌設(shè)備表現(xiàn)出了一定的優(yōu)越性。但是如何將等離子體滅菌技術(shù)更好地轉(zhuǎn)化為高效的空氣凈化設(shè)備仍然是ー個值得深究的問題。因?yàn)榈入x子體生成技木本身就是ー項(xiàng)很專業(yè)的技木，該技術(shù)的成熟水平也很大的決定了相應(yīng)的空氣凈化設(shè)備的性能。一般來說，等離子體可以分為電弧等熱等離子體和輝光、電暈這類低溫等離子體。產(chǎn)生電弧這類熱等離子體技術(shù)相對簡單，但是它耗能很大而且電弧滅菌的重要作用機(jī)理在于高溫作用，很多場合無法使用。輝光等離子體是較理想的滅菌等離子體，它溫度低，通常為常溫狀態(tài)，它主要通過等離子體內(nèi)部的高能粒子來滅除細(xì)菌，適用范圍廣、效率高、功耗小，但是在大氣壓條件下這種輝光等離子體很難大面積穩(wěn)定地生成，所以轉(zhuǎn)化為實(shí)際的空氣浄化裝置還不成熟。目前市面上常見的等離子體空氣凈化設(shè)備采用的是電暈等離子體技木。這種等離子體發(fā)生技術(shù)簡單，功耗小，溫度低，適用范圍廣，但是在滅菌效果上不如輝光等離子體，對甲醛等有害物質(zhì)的分解及對有害病菌的消毒效率不是很高。所以目前需要一種能很好地轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品設(shè)備的高效的等離子體滅菌技術(shù)，而這項(xiàng)技術(shù)的ー項(xiàng)重要的核心內(nèi)容就是關(guān)于放電電極的研究，需要研究和設(shè)計出既可以產(chǎn)生能高效滅菌也可以達(dá)到低功耗等現(xiàn)代化產(chǎn)品要求的電極結(jié)構(gòu)。針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出本發(fā)明。
發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種既可以產(chǎn)生能高效滅菌也可以達(dá)到低功耗等現(xiàn)代化產(chǎn)品要求的等離子體空氣凈化器放電電極結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種等離子體空氣浄化裝置的放電電極結(jié)構(gòu)，包括一高壓電極組和ー接地電極組，所述的高壓、接地兩電極組，至少ー組電極包裹有絕緣介質(zhì)；兩電極組直接接觸形成接觸點(diǎn)。所述的兩電極組為十字交叉接觸形成交叉接觸點(diǎn)。所述的兩電極組中，未包裹有絕緣介質(zhì)的一組電極接地。所述的兩電極組中，未包裹有絕緣介質(zhì)的一組電極不接任何電路的直接懸空設(shè)置。所述的兩電極組為相互平行交叉排列。所述的兩電極組為不銹鋼材料、銅材料、石墨材料或者鎢材料。所述的絕緣介質(zhì)為高溫絕緣材料，如聚四氟乙烯。一般認(rèn)為放電需要在兩個電極之間產(chǎn)生，即兩個電極必須間隔一定的距離，放電產(chǎn)生在兩個電極之間的空隙中。本發(fā)明的原理打破現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)知，采用的方法是在兩個電極之間放置一層絕緣物(如聚四氟)，然后把兩個電極靠近直到直接接觸，中間幾乎沒有空隙，放電可以發(fā)生在電極周邊并向外擴(kuò)散。按照上述方法，生成的等離子體可以向外擴(kuò)散，即每ー個放電點(diǎn)都能向外擴(kuò)散，一個空間點(diǎn)可以向三維方向釋放等離子體，我們采取減小放電電極的接觸面，改變常規(guī)的兩個線狀電極平行放置的方法，采用十字交叉的方法。對于交叉點(diǎn)密度問題，以在交叉點(diǎn)生成的等離子體能夠達(dá)到網(wǎng)孔中心處為準(zhǔn)，然而等離子體的生成量和生成的等離子體能夠傳播到多遠(yuǎn)，與電壓、電流、及使用的環(huán)境(溫度、濕度等)關(guān)系密切，但間距小意味著點(diǎn)密度大，耗能大，耗材大，故應(yīng)該采取合理的間距。本發(fā)明的有益效果是通過采用該等離子體空氣凈化器放電電極結(jié)構(gòu)，可以在交叉點(diǎn)及其附近區(qū)域產(chǎn)生大量低溫等離子體。該低溫等離子體具有類輝光等離子體的性質(zhì)，滅菌范圍廣、滅菌率高、耗時短、功耗小。另外采用的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在保證很好的氣體通透性的同時，還可以增加實(shí)際的等離子體作用區(qū)域，使滅菌效率得到進(jìn)ー步提高。通過對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行檢索，對比與現(xiàn)有技術(shù)的差異性，具體說明本發(fā)明的有益效果如下通過專利搜索網(wǎng)站CNIPR中外專利數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(http://search,cnipr.com/)查詢相關(guān)專利，在該網(wǎng)站的搜索頁面中，采用關(guān)鍵詞的捜索方式在“名稱”一欄中輸入了“等離子體(空格)and浄化”進(jìn)行搜索，找到143個相關(guān)專利。逐一查閱后，未發(fā)現(xiàn)與本申請專利有所重復(fù)。而且本申請專利與目前已有專利的區(qū)別在以下幾點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)不同。已有專利放電電極的結(jié)構(gòu)主要是非接觸式電極結(jié)構(gòu)或類似結(jié)構(gòu)，而本申請專利所采用的是網(wǎng)狀的電極結(jié)構(gòu)由一組橫向電極和一組縱向電極組成，屬于接觸式電極結(jié)構(gòu)。2.原理不同。已有專利采用的基本放電原理都是利用兩個電極之間電場作用使氣體發(fā)生放電產(chǎn)生低溫等離子體，這種結(jié)構(gòu)電極之間的空間有限，限制了對物品的處理。而本申請專利采用的放電原理是表面放電原理。最新穎的地方在于兩組電極之間是相互接觸的，生成的等離子體可以擴(kuò)散到周邊區(qū)域，可以大大増加物品處理的空間。3.產(chǎn)生的等離子體面積更大。本申請專利采用的這種表面放電原理，會在每個橫縱向電極接觸點(diǎn)(也就是ー對電極對)表面附近區(qū)域形成等離子體。而已有專利采用的電暈放電原理，只能在每個電極對的高壓電極附近很小的區(qū)域產(chǎn)生等離子體。4.安全性更高，成本更低，滅菌能力更強(qiáng)。由于本申請專利采用的是高壓電扱-地電極間隔介質(zhì)接觸的結(jié)構(gòu)，縮小了兩極之間的間距，使得放電電壓有所下降，使設(shè)計的電極在3kV左右即可放電，而目前已有大氣壓等離子體浄化裝置的相關(guān)專利所需要的放電電壓多在5kV以上，這樣也降低了空氣浄化裝置內(nèi)部的絕緣要求，安全性得到提高，也降低了成本；與此同時由于放電電流相對已有專利更高，本專利可以將其提高到幾百mA，這樣可以大大提升滅菌能力。而目前已有大氣壓等離子體浄化裝置的相關(guān)專利的放電電流多在IOOmA以下。5.空氣凈化效率更高。已有專利中采用的電極結(jié)構(gòu)中，待處理的物品必須經(jīng)過電極對之間狹小的間隙才能被等離子體處理，大大影響了凈化滅菌效率。而本申請專利采用的是放電電極共同組成網(wǎng)狀電極的結(jié)構(gòu)，所以待處理的空氣可以大面積的通過等離子體發(fā)生區(qū)域進(jìn)行處理，這樣就可以在相同的空間內(nèi)更有效地處理受污染的空氣，大大提高了效卓。當(dāng)結(jié)合附圖考慮吋，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)ー步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中圖1為本發(fā)明實(shí)施例的的電路電源系統(tǒng)框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的主電路圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的觸發(fā)電路圖；圖4為本發(fā)明的等離子體空氣凈化器放電電極結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的實(shí)施例的放電效果圖；圖6為本發(fā)明的實(shí)施例的放電電壓電流波形圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一歩闡述。本發(fā)明提供了如圖4的實(shí)施例，在對實(shí)施例進(jìn)行介紹之前，首先結(jié)合附圖介紹實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)條件。在方案設(shè)計和器件選擇的過程中，避免在調(diào)試過程中發(fā)生的電源故障。并且考慮到電カ電子器件自身的限制，對電源提出了以下的要求。(1)単相交流輸入、輸出(2)輸出最大功率1000W(3)輸出頻率2O-5OkHz,可調(diào)(4)輸出電壓0_8kV，可調(diào)(5)最大輸出電流250mA如圖1、圖2以及圖3所示，本設(shè)計采用220V交流輸入，經(jīng)整流成直流后，再通過MOSFET逆變?yōu)閹绤^(qū)的雙極性交流脈沖，最后通過高頻變壓器升壓來實(shí)現(xiàn)輸出為高頻高壓的正弦波。輸出電壓的大小和頻率通過SG3525控制MOS管的開斷來實(shí)現(xiàn)。對于電源輸出電壓幅值的調(diào)節(jié)方式，可由調(diào)壓器調(diào)節(jié)，也可通過直流斬波來達(dá)到調(diào)壓目的。為電源結(jié)構(gòu)簡單和以實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)際用途考慮，本方案采用了前者。在對逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇方面半橋式逆變電路相對于全橋來說，優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡単，性能穩(wěn)定，開關(guān)管數(shù)量為全橋一半。提供中性點(diǎn)的串聯(lián)大電容與濾波電容進(jìn)行星-三角轉(zhuǎn)換后可以在輸出側(cè)等效出一個電容，在輸出接變壓器的情況下，能夠有效消除輸出電壓的直流分量，防止變壓器的偏磁。只是全橋由兩個半橋組成，輸出電壓提高一倍，適用于更大功容量的輸出。本實(shí)驗(yàn)所需功率都在Ikw以內(nèi)，容量要求不大。綜合考慮，電源方案選用半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖4為本發(fā)明的等離子體空氣凈化器放電電極結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，取5根直徑為1mm，長為40cm，包裹有絕緣介質(zhì)聚四氟乙烯3的圓柱體金屬線。將其相隔IOmm平行放置，組成一組正電極組1。同樣再取5根直徑為1mm，長為40cm的無絕緣介質(zhì)包裹的圓柱體金屬線，將其相隔IOmm平行放置，組成ー組負(fù)電極組2。然后將正、負(fù)兩個電極組在同一平面內(nèi)垂直交叉放置，正、負(fù)電極組直接接觸，形成多個垂直交叉接觸點(diǎn)。以上敘述的結(jié)構(gòu)中，每個電極可以換成長方體形狀的細(xì)長金屬導(dǎo)體，尺寸、個數(shù)、間距、交叉角度也可以根據(jù)體積和功率等產(chǎn)品要求進(jìn)行調(diào)整。間距較小吋，等離子體實(shí)際作用區(qū)域更大，但氣體通透性會減弱。另外減小間距時一般需要同時增加電極數(shù)量，増大滅菌效率的同時也會増加能耗。正、負(fù)兩個電極組中至少有ー組電極必須包裹絕緣介質(zhì)，該絕緣介質(zhì)可以根據(jù)不同的絕緣要求選用不同的絕緣材料。將高壓輸出電路的一端接地，然后接入負(fù)電極組，高壓輸出電路的高壓端接到正電極組。其中負(fù)電極組也可以不接高壓輸出電路的接地端而直接懸空。負(fù)電極組接高壓輸出電路接地端吋，會減小放電電壓，對于整個空氣浄化裝置的絕緣設(shè)計要求降低。負(fù)電極組懸空的話，會大大降低放電電路發(fā)生短路故障的概率，但滅菌效果由于電流的減弱相對會受到一定的影響。通電后，所有正負(fù)電極交叉點(diǎn)及其周圍區(qū)域發(fā)生表面放電現(xiàn)象，生成大量低溫等離子體。該低溫等離子體具有類輝光等離子體的性質(zhì)，滅菌范圍廣、滅菌率高、耗時短、功耗小。另外采用的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在保證很好的氣體通透性的同時，還可以增加實(shí)際的等離子體作用區(qū)域，使滅菌效率得到進(jìn)ー步提高。本發(fā)明還可以在兩電極組的交叉排列形式上進(jìn)行改變，可以考慮采用無規(guī)律、非平行的交叉排列設(shè)置，兩電極組依然為直接接觸，形成交叉接觸點(diǎn)。其中，兩電極組為不銹鋼材料，也可以選用熔點(diǎn)高、導(dǎo)電性能較好的銅材料或者鎢材料。這些變化均在本發(fā)明聲明的保護(hù)范圍之內(nèi)。在前述的實(shí)驗(yàn)條件下，本發(fā)明的實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)研究介紹如下采用實(shí)施例圖4所示的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由多個橫縱交錯排列的絕緣電極組成的。橫向電極和縱向電極分別連接高壓和地。在每個橫縱交叉點(diǎn)處形成了局部高場強(qiáng)。在這兩組放電電極中，加了介質(zhì)阻擋的高壓和低壓電極處于接觸狀態(tài)。這就相當(dāng)于ー種極小電極間距下的大氣壓介質(zhì)阻擋放電。圖5是它們的放電效果圖。從現(xiàn)象上在圖中的網(wǎng)狀電極的所有橫縱交點(diǎn)以及交點(diǎn)周圍的空氣發(fā)生了電離，生成了比較均勻的低溫等離子體。這種放電形式呈現(xiàn)出一種大氣壓下表面放電的形態(tài)。放電比較均勻，無特別明亮細(xì)絲，屬于典型的低溫等離子體狀態(tài)。從它們的放電電流來看，每半個周期有多個電流峰值存在，所以它不是輝光低溫等離子體而是ー種大氣壓介質(zhì)阻擋表面放電低溫等離子體。圖6是它們的放電電壓、電流波形圖。其中，1為放電電壓波形，2為放電電流波形。由于兩個金屬導(dǎo)體之間會形成電容。由電容定義式C=εSバ4Jikd)可知，接觸面積越大，間距越小，電容值就越大。由于本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)接觸點(diǎn)較多，相應(yīng)的S較大，而且電極間的距離非常小，即d很小。所以，本電極結(jié)構(gòu)對應(yīng)的等效電容比較大，在接入交流電路時作為容性負(fù)載，放電電流應(yīng)該超前放電電壓波形。由于輝光放電的顯著特征是在毎次放電過程中氣體被擊穿一次，相應(yīng)地出現(xiàn)一次放電電流，也就是說，電流波形在每半個周期內(nèi)只出現(xiàn)一次電流波形，可以確定該放電是大氣壓下的輝光放電。如上所述，對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，但是只要實(shí)質(zhì)上沒有脫離本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)及效果可以有很多的變形，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種等離子體空氣凈化裝置的放電電極結(jié)構(gòu)，包括一正電極組和一負(fù)電極組，其特征在于，所述的正、負(fù)兩電極組，至少一組電極包裹有絕緣介質(zhì)兩電極組直接接觸成形有接觸點(diǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體空氣凈化裝置的放電電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的兩電極組為十字交叉接觸成形為交叉接觸點(diǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體空氣凈化裝置的放電電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的兩電極組中，未包裹有絕緣介質(zhì)的一組電極接地。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體空氣凈化裝置的放電電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的兩電極組中，未包裹有絕緣介質(zhì)的一組電極不接任何電路的直接懸空設(shè)置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體空氣凈化裝置的放電電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的兩電極組為相互平行交叉排列。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體空氣凈化裝置的放電電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的兩電極組為不銹鋼材料、銅材料、石墨材料或者鎢材料。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子體空氣凈化裝置的放電電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的絕緣介質(zhì)為聚四氟乙烯。全文摘要本發(fā)明公開了一種等離子體空氣凈化裝置的放電電極結(jié)構(gòu)。電極結(jié)構(gòu)包括一正電極組和一負(fù)電極組，且正負(fù)兩電極組至少一組電極包裹有絕緣介質(zhì)；兩電極組直接接觸，形成接觸點(diǎn)。本發(fā)明把該放電電極結(jié)構(gòu)用于等離子體空氣凈化器，該結(jié)構(gòu)可以在電極交叉點(diǎn)及其附近區(qū)域產(chǎn)生大量低溫等離子體。該低溫等離子體具有類輝光等離子體的性質(zhì)，滅菌范圍廣、滅菌率高、耗時短、功耗小。另外，采用的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不僅能夠保證很好的氣體通透性，還可以增加實(shí)際的等離子體作用區(qū)域，使滅菌效率得到進(jìn)一步提高。文檔編號A61L9/22GK102548177SQ20121001100公開日2012年7月4日申請日期2012年1月13日優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日發(fā)明者劉文正,潘利江,賈凌云申請人:北京交通大學(xué)