專利名稱：汽車等離子體空氣消毒凈化器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于空氣消毒凈化技術領域，具體涉及汽車等離子體空氣消毒凈化
背景技術據(jù)悉，中國室內(nèi)裝飾協(xié)會室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測中心針對新車內(nèi)空氣污染問題進行過調(diào) 查，在對200輛轎車進行隨機抽檢后發(fā)現(xiàn)，車內(nèi)空氣污染比較普遍。如果參照國家室內(nèi)空氣 質(zhì)量標準，90%的轎車過不了關，大部分的車輛甲醛超標都在五六倍以上。在另一次全國范 圍內(nèi)的調(diào)查活動中，1175輛汽車中全部檢測項目均達到標準的車輛僅為52輛，只占已測總 數(shù)的6. 18%，車內(nèi)污染已成為危害人們健康的“隱形殺手”。根據(jù)上海市室內(nèi)環(huán)境凈化協(xié)會專家分析，汽車空氣中的污染有三大主要來源其 一是新車本身，很多汽車下了生產(chǎn)線就直接進入市場，各種配件和材料中的有害氣體和氣 味沒有得到充分釋放，直接造成車內(nèi)的空氣污染；其二，多數(shù)消費者買車后都要進行車內(nèi)裝 飾，導致一些含有害物質(zhì)的座套墊、膠粘劑進入車內(nèi)，不同程度地造成車內(nèi)空氣污染；其三， 霉菌在汽車空調(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)器、風道、空氣過濾器內(nèi)滋生、長年繁衍，特別在潮濕氣候條件 下運行的空調(diào)中尤為突出。據(jù)專家介紹，汽車空氣中的污染會造成哮喘、呼吸困難，記憶力及聽力衰退、肺部 出血等癥狀；新車內(nèi)散發(fā)著怪味的污染物會對人體造成極大危害，甲醛可引起惡心、咳嗽、 哮喘甚至肺氣腫；而苯屬致癌物質(zhì)，輕度中毒會造成頭痛、胸部緊束感等，重度中毒可出現(xiàn) 視力模糊、心律不齊、抽搐和昏迷。特別強調(diào)的是近幾年來的SARS、禽流感及當前的甲型Hmi流感造成全球性大范 圍感染人數(shù)已經(jīng)無法統(tǒng)計，世界衛(wèi)生組織發(fā)表的最新疫情公報稱全球甲流死亡人數(shù)超過 7800人。甲型Hmi流感的感染途徑主要是空氣，感染性病原體通常附在空氣中< 5μπι 浮游微粒上，隨空氣流動而擴散，被感染者因吸入這種空氣而致??；再是飛沫感染患者咳 嗽、打噴嚏、說話所產(chǎn)生的帶病原體的口液飛沫在空氣中漂浮，與患者近距離受感染的機率 較大。汽車密封環(huán)境及旅客來自東南西北、四面八方制造了傳播甲型Hmi流感之類疾病良 好機會。為此，科研人員相繼提出汽車內(nèi)的空氣消毒凈化器技術方案，有效果，但是并不理 想。例如申請?zhí)?00710045442. 8，申請日2007. 8. 30，發(fā)明名稱為《汽車空調(diào)系統(tǒng)除異味 裝置》，權(quán)利要求書載明一種汽車空調(diào)系統(tǒng)除異味裝置，包括蒸發(fā)器、風機、風道進風口、 風道出風口、風道，蒸發(fā)器置于風道內(nèi)，風機安裝在風道內(nèi)風道進風口和蒸發(fā)器之間，風道 安裝蒸發(fā)器一側(cè)的端口為風道出風口，其特征在于，還包括加熱裝置、自動控制模塊，加熱 裝置設置在蒸發(fā)器的周圍，所述自動控制模塊，負責接收當汽車空調(diào)停止運行后的低電壓 輸入信號，進行自動計時，并將控制信號輸出給加熱裝置和風機，自動控制模塊的輸入端口 接收空調(diào)系統(tǒng)停止運行的信號，自動控制模塊一個輸出端口輸出開關指令控制加熱裝置， 自動控制模塊另一個輸出端口輸出開關指令控制風機，自動控制模塊的電源端口與電源相連。不難看出此技術方案的加熱裝置把蒸發(fā)器表面的結(jié)水烘干，堵截霉菌的滋生有 效；對細菌病毒及甲醛、苯之類的有害氣體無效。汽車在高速公路上行駛，窗戶緊閉，對車內(nèi) 空氣污染無能為力。再如申請?zhí)?00810040575.0，申請日2008. 7. 15，發(fā)明名稱是《納米等離子凈化 裝置》公開的方案納米等離子凈化裝置，包括凈化裝置載體、過濾板，其特征在于，還包括 等離子靜電除塵模塊、紫外線空氣凈化模塊；所述凈化裝置載體為管道狀，兩端分別設有進 氣口和排氣口 ；所述凈化裝置載體內(nèi)部自進氣口 一端至排氣口 一端，依次裝有過濾板、透氣 的等離子靜電除塵模塊和紫外線空氣凈化模塊。改進的靜電除塵模塊、紫外線空氣凈化模塊對可去除吸入顆粒物、消毒殺菌有效。 但是存在降解有毒有害氣體效果差，加裝的紫外線燈管和鎮(zhèn)流器工作壽命有限，能耗大，紫 外線泄漏對人體造成新的危害；兩種設備合一，結(jié)構(gòu)復雜，特別是要裝在轎車內(nèi)是不合適 的。再說“靜電除塵”是通過電極的靜電放電，使氣流中的顆粒物帶上電荷，然后借助庫侖 力的作用，沉降在帶異性電荷的集塵板捕獲帶電粒子，將顆粒物從氣流中分離出來一這與 “等離子”風牛馬不相及。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術的不足，而提供一種對汽車內(nèi)消毒殺 菌、吸附可吸入顆粒物和降解有毒有害氣體都有效，空氣消毒凈化效率高、節(jié)能、可靠性好、 工作壽命長；而且結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝的汽車等離子體空氣消毒凈化器。為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是汽車等離子體空氣消毒凈化器，包括等離子體反應器、脈沖電源、風機組件、進風 口、出風口和外殼，進風口設有進風口空氣過濾器，出風口設有出風口空氣過濾器，等離子 體反應器和風機組件設置在氣流之中；風機組件邊框設有風機組件支架，用支架固定螺釘 把它固定在外殼上；脈沖電源和風機組件的電輸入端設電源連接器與汽車蓄電池相連接； 其特征在于所述的等離子體反應器內(nèi)設有若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶在同一平面內(nèi) 按等距離平行排列制成的正電極，正電極置于相鄰兩個負電極中間部位；正電極的兩端是 固定在阻止微放電導電軌上對應的凹槽或凸部中，阻止微放電導電軌是由鋁棒或不銹鋼條 制成，并作電連通；阻止微放電導電軌的兩端設有絕緣物固定在外殼相應位置上；所述的 負電極的上、下兩端是直接固定在金屬制成的反應器外殼上，并作電連通；負電極是表面氧 化處理的鋁板制成，負電極的兩面敷設納米級Ti02。優(yōu)先地所述的汽車等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的脈沖電源內(nèi)設有 EMC濾波器、整流電路、濾波電路、脈沖發(fā)生器、脈沖變壓器依次序作電連接，脈沖變壓器的 正、負兩個輸出端經(jīng)高壓導線連接等離子體反應器對應的正電極、負電極；脈沖變壓器與脈 沖發(fā)生器內(nèi)的開關管是單端反激式逆變器設置的。優(yōu)先地所述的汽車等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的阻止微放電導電 軌的兩端再與正交設置在反應器四周的四根正電極金屬支架固定，并作電連通；每根正電 極金屬支架的上、下兩端各設一個絕緣連接物與反應器外殼相對應的安裝孔固定；所述的 納米級TiO2是帶隙能3. 2eV的銳鈦礦型催化劑。[0015]優(yōu)先地所述的汽車等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的正電極的鎳 鉻金屬絲直徑最佳值是0. 15-0. 20mm,或鎳鉻金屬帶最佳寬度是1. 0--2mm，厚度是 0. 06—0. 15mmο優(yōu)先地所述的汽車等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的脈沖變壓器設有 一個多槽絕緣線圈骨架，次級線圈是分三段至五段繞制在多槽絕緣線圈骨架相對應的凹槽 內(nèi)串聯(lián)而成；每段線圈之間設一高壓快恢復二極管，高壓快恢復二極管的正極接在低電位 線包的末端，高壓快恢復二極管的負極接在高電位線包的起始端；所述的初級線圈和次級 線圈的內(nèi)孔中設有磁芯作電磁耦合，磁芯的磁回路中設有磁氣隙；所述的磁芯最佳設計用 鐵基超微晶鐵心，也可以設置鐵氧體磁心。優(yōu)先地所述的汽車等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的脈沖發(fā)生器內(nèi)的 振蕩器、誤差放大器和PWM比較器可以是制成一個模塊，也可以選用開關電源控制集成電 路ICl包括UC3842、SG6848D制成；或數(shù)字控制電路和脈沖發(fā)生器是合用一塊單片集成電路 的，三端開關電源ICl包括T0P225或T0P224制成，也可以是用性能更好的單片五端開關電 源ICl包括MC33374制成；所述的電流檢測電路內(nèi)設有光耦IC2的型號是PC817或P721。經(jīng)發(fā)明人分析研究阻礙等離子體空氣消毒凈化器開發(fā)的瓶頸口是等離子體反應 器。等離子體反應器的正電極選用細金屬絲容易被燒斷的根本原因一微放電效應沒有被 發(fā)現(xiàn)，對其物理上的原因也不明確，因而也就找不出解決阻止微放電效應的技 術方案。凡是 正在實施等離子體反應器放電正電極選用鋸齒狀或尖針狀結(jié)構(gòu)的空氣消毒凈化器的生產(chǎn) 廠家，以前多數(shù)做過金屬絲作為正電極的等離子體反應器。 摒棄細金屬絲正電極而選用鋸 齒狀放電極或針尖狀電離極的技術方案是一種偏見。經(jīng)調(diào)查目前多數(shù)技術人員為了解決等離子體反應器正、負電極之間的上萬伏特 高電壓的絕緣問題，選用塑料、有機玻璃、環(huán)氧樹脂等絕緣材料作支架固定等離子體反應器 金屬絲的正及負電極板；也有少數(shù)的在絕緣支架與金屬絲電極之間加了細彈簧。研究表明 介電常數(shù)高的絕緣材料對隔離高電位的正、負極有好處，致命弱點是產(chǎn)生微放電現(xiàn)象；其次 是隨著工作時間增加，其表面隨大氣濕度、塵埃的堆積造成漏電、爬弧。介電常數(shù)越高的材 料，其表面微放電現(xiàn)象愈不可避免。為了提升消毒凈化效果，當?shù)入x子體反應器的外加電源 電壓升高，其極化效應也相應增強。是正電極周圍形成的強電場，在等離子體的催化作用下 導致金屬絲與絕緣材料接觸區(qū)域局部產(chǎn)生微放電。這種微放電現(xiàn)象產(chǎn)生的高能電子對絕緣 材料和金屬導電材料分子的電離和離解起到直接作用，分解產(chǎn)物為它們的氧化物及水。這 就是等離子體反應器的放電正電極選用細金屬絲容易被燒斷的根源所在。本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有以下的有益效果本實用新型外殼特別設計，可以單獨安裝在轎車副駕駛位置下部，電源從駕駛室 電熱點煙器插座中引出；對于大客車則外殼按矩型體設計安裝到車廂頂部，不必改動汽車 現(xiàn)有設施。本發(fā)明去掉外殼和風機，也可以設置在車廂空調(diào)的回風口或出風口 ；或直接設計 在汽車空調(diào)器中。本發(fā)明是將等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合，對汽車作動態(tài)消毒。本實用新型所設計的等離子體反應器正電極是由若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬 帶固定在阻止微放電導電軌上的，遠離絕緣連接物。所以與現(xiàn)有技術相比，其微放電效應被 阻止，不會影響等離子體反應器正常工作，使用壽命延長兩倍以上。同時，使每根鎳鉻絲或 金屬帶在直流強電場中作穩(wěn)定的電暈放電，等離子體濃度比鋸齒狀或針尖狀放電極提高一倍以上。特別強調(diào)的是等離子體反應器負電極表面氧化處理的鋁板制成，上面層面是容易 敷設Ti02。氧化處理生成的Al2O3層面薄，在18KVP_Pf脈沖高壓電場中不影響電暈放電。 當?shù)入x子體反應器作電暈放電時，反應區(qū)發(fā)出的藍光含有紫外線，波長為300--400nm，光強 峰值位于357nm。而TiO2的禁帶寬度是3. 2eV，對應紫外線波長閾值是387. 5nm。實驗表明 TiO2作空氣消毒凈化時，催化光源波長最好是< 387. 5nm，反應區(qū)發(fā)出的紫外線波長峰值位 于357nm是符合這一條件的。這樣一來，紫外光源就可省掉，避免了紫外線放電燈損壞、對 人體的傷害及紫外光源耗電量大的弊端。本實用新型的消毒因子是低溫等離子體加激發(fā)TiO2所產(chǎn)生的自由基。本實用新型具有廣譜殺菌效果對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、枯草桿菌、白念株 菌、霉菌及支原體、乙肝、流感等病毒均有高效的殺滅率。同時具有除塵、去臭氣、去異味、降 解甲醛、煙霧和TVOC等有機廢氣的功能。經(jīng)實測在20m3密封房間 空氣中人工噴染的白色 葡萄球菌，一臺額定功率為7W的本實用新型工作20min后的殺滅率為99. 98%以上，工作 40min的殺滅率可高達100%。甲醛降解率98. 7%，懸浮粒子數(shù)彡350個/L(Φ彡0. 5 μ m)， 空氣中留存臭氧量彡0. 02mg/m3。節(jié)能是顯而易見的本實用新型在IOOm3室內(nèi)達到醫(yī)院II類環(huán)境消毒標準的等離 子體反應器的消耗功率為6-7W。本實用新型用于汽車，則是內(nèi)設加熱裝置或靜電除塵模 塊、紫外線空氣凈化模塊技術方案的三分之一以下?？偟恼f來，本實用新型對汽車內(nèi)消毒殺菌、吸附可吸入顆粒物和降解有毒有害氣 體都有效，空氣消毒凈化效率高、節(jié)能、可靠性好、工作壽命長；而且結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝?？梢姡緦嵱眯滦蛯τ诂F(xiàn)有技術，對于所屬技術領域的技術人員來說，是非顯而易 見的，并能夠產(chǎn)生預想不到的技術效果。

圖1是汽車等離子體空氣消毒凈化器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型等離子體反應器正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型等離子體反應器立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型的脈沖電源電原理圖；圖5是本實用新型的脈沖變壓器結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實用新型的脈沖變壓器電路圖；圖7是本實用新型脈沖變壓器輸出高壓放電電流波形圖。主要部件附圖標記說明1-等離子體反應器 2-脈沖電源3-風機組件5-進風口6-出風口7-電源連接器8-外殼9-進風口空氣過濾器 10-出風口空氣過濾器11-高壓導線16-風機組件支架17-支架固定螺釘101-正電極102-負電極103-阻止微放電導電軌104-正電極金屬支架 105-絕緣連接物106-絕緣連接物固定栓107-導電軌固定圈108-反應器外殼201-EMC濾波器[0044]202-整流電路203-濾波電路204-脈沖發(fā)生器205-脈沖變壓器206-電流檢測電路211-初級絕緣線圈骨架212-多槽絕緣線圈骨架214-初級線圈215-次級線圈216-磁芯217-高壓快恢復二極管218-磁氣隙
具體實施方式
下面參照附圖對本實用新型的實施例作進一步的詳細描述。實施例1 圖1是汽車等離子體空氣消毒凈化器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型等離子體 反應器正面 結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型等離子體反應器立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，汽車等離子體空氣消毒凈化器，包括等離子體反應器1、脈沖電源2、 風機組件3、進風口 5、出風口 6和外殼8，進風口 5設有進風口空氣過濾器9，出風口 6設有 出風口空氣過濾器10，等離子體反應器1和風機組件3設置在氣流之中。所述的等離子體 反應器1內(nèi)設有若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶在同一平面內(nèi)按等距離平行排列制成的 正電極101，正電極101置于相鄰兩個負電極102中間部位；正電極101的兩端是固定在阻 止微放電導電軌103上對應的凹槽或凸部中，阻止微放電導電軌103是由鋁棒或不銹鋼條 制成，并作電連通。阻止微放電導電軌103的兩端設有絕緣物固定在外殼8相應位置上，絕 緣物的半徑設計值是比正電極101與負電極102之間距離大3-5mm。所述的負電極102的 上、下兩端是直接固定在金屬制成的反應器外殼108上，并作電連通。負電極102是表面氧 化處理的鋁板制成，負電極102的兩面敷設納米級Ti02。所述的納米級TiO2是帶隙能3. 2eV 的銳鈦礦型催化劑。銳鈦礦型催化劑的帶隙能高，其殺毒滅菌、降解TVOs效果好。風機組件 3邊框設有風機組件支架16，風機組件支架16兼作導風板，用支架固定螺釘17固定在外殼 8上。本實用新型所設置的正電極101是由若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶設在同一 平面內(nèi)，并按24mm最佳值等距離排列制成一個組件，共計η組(η為100以下整數(shù))；負電 極102是金屬板為η+1塊；正電極101與負電極102之間的放電最佳距離是8--18mm。所述的正電極101的鎳鉻金屬絲直徑最佳值是0. 15-0. 20mm，或鎳鉻金屬帶最 佳寬度是1. 0-2mm,厚度是0. 06-0. 15mm。獲得預定的等離子體強度要求，保持低的電 暈放電電壓，又有足夠的機械強度。在實施中，取正電極101的鎳鉻金屬絲直徑最佳值是 0. 18mm,或鎳鉻金屬帶最佳寬度是1. 5mm,厚度是0. IOmm,獲得理想的殺菌效果及工作壽 命。實施例2 圖4是本實用新型的脈沖電源電原理圖，圖5是本實用新型的脈沖變壓器結(jié)構(gòu)示 意圖，圖6是本實用新型的脈沖變壓器電路圖。本實用新型專為呈容性的等離子體反應器設計的高壓窄脈沖開關電源。圖中，脈 沖電源2內(nèi)設有EMC濾波器201、整流電路202、濾波電路203、脈沖發(fā)生器204、脈沖變壓器 205依次序作電連接，脈沖變壓器205的正、負兩個輸出端經(jīng)高壓導線11連接等離子體反應 器1對應的正電極101、負電極102。脈沖變壓器205輸出低電位端設有電流檢測電路206， 將檢測到的脈沖變壓器205輸出電流信號送入脈沖發(fā)生器204輸入端，脈沖發(fā)生器204內(nèi)設有的振蕩器、誤差放大器、PWM比較器及開關管。振蕩器、誤差放大器、PWM比較器及開關 管是設置在一個模塊內(nèi)的，也可以集成在集成電路ICl內(nèi)，ICl內(nèi)的開關管D極接脈沖變壓 器205初級繞組al端，S極接整流電路202負輸出端，控制極C與電流檢測電路206內(nèi)所 設的光耦電路IC2輸出端4連接。脈沖變壓器205的初級線圈214和次級線圈215的同名 端al、a2和異名端bl、b2是反向設置的。脈沖變壓器205與集成電路ICl內(nèi)的開關管是單 端反激式逆變器設置的。脈沖變壓器205設有一個多槽絕緣線圈骨架212，次級線圈215是分三段至五段繞 制在多槽絕緣線圈骨架212相對應的凹槽內(nèi)串聯(lián)而成，只要體積允許，可以是三個、四個甚 至五個以上。每段線圈之間設一高壓快恢復二極管217，高壓快恢復二極管217的正極接在 低電位線包的末端，高壓快恢復二極管217的負極接在高電位線包的起始端。高壓快恢復 二極管217將次級線圈215每個線包作高頻隔離，繞組的分布電容是按指數(shù)下降，有利于提 高輸出脈沖的上升沿和下降沿的速率；還可以降低對高壓快恢復二極管217的反向耐電壓 要求，既降低成本、又增加工作可靠性，獲得意想不到的效果。一般地說，線圈分三段繞制的繞組分布電容是原來的九分之一左右，線圈分五段 繞制的繞組分布電容是原來的二十五分之一左右。高壓快恢復二極管217的耐電壓參數(shù)至 少是12KV，恢復時間小于80nS。所述的初級線圈214和次級線圈215的內(nèi)孔中設有磁芯216作電磁耦合，磁芯 216是鐵基超微晶鐵心，磁芯216的磁回路中設有磁氣隙218。磁氣隙218的設置寬度是 0. 15-0. 4mm，是根據(jù)工作頻率和輸出功率予以調(diào)整。最佳實施例工作頻率38KHz，輸出功 率7W，磁氣隙218設置寬度是0. 25mm。所述的磁芯216也可以是R2KD的鐵氧體磁心材料 制成。只是軟磁鐵氧體磁芯的工作磁通密度不高、磁導率偏低 ，繞組線圈需要增加一倍以上 才能達到原來的電感量，這當然會使脈沖變壓器205的輸出效率、脈沖上升速率指標不如 鐵基超微晶鐵心優(yōu)越。本實用新型所述的脈沖發(fā)生器204內(nèi)設有瞬變二極管D5和快恢復二極管D6反向 串聯(lián)后與初級線圈214并聯(lián)，瞬變二極管D5的正極與整流電路202的正輸出端連接，電容 器C6與瞬變二極管D5并連。快恢復二極管D6的正極與開關管漏極連接。瞬變二極管D5 吸收脈沖發(fā)生器204關斷時產(chǎn)生的反向超過閾值的峰值電壓，起箝位作用。本實施例當市 電電壓為220V時，瞬變二極管D5優(yōu)選1. 5KE250A型，工作電流4. 2A，限幅電壓237—263V。 整流電路202是由二極管Dl、D2、D3和D4按橋式整流電路連接。濾波電容器C3與整流電 路202直流輸出端并聯(lián)。光耦IC2的輸入端1腳接地，光耦IC2輸入端2腳與脈沖變壓器205的次級線圈 異名端b2連接，光耦IC2輸出端3腳是供電端，接二極管D7的負極，其正極與脈沖變壓器 205設置的低電壓繞組連接。光耦IC2的4腳是輸出端。取樣電阻R2并聯(lián)在光耦IC2的 輸入端。流經(jīng)取樣電阻R2上是脈沖變壓器205送至等離子體反應器1的工作電流，由光耦 IC2光電轉(zhuǎn)換作電隔離后，將等離子體反應器1的工作電流取樣送至脈沖發(fā)生器204內(nèi)的誤 差放大器和PWM比較器處理。當?shù)入x子體反應器1工作時被損壞、老化、短路時的異常狀態(tài) 信號電流經(jīng)過處理，PWM比較器的輸出脈寬為零，開關管被關閉，實現(xiàn)自動保護。同樣，當?shù)?離子體反應器1的工作電流因負載大小而變化，PWM比較器的輸出脈寬也改變，控制開關管 導通時間，實現(xiàn)自動調(diào)整脈沖電源輸出功率。[0062]脈沖變壓器205初級線圈214是繞在初級絕緣線圈骨架211內(nèi)，脈沖變壓器205 的輸出端設有高壓導線213與等離子體反應器1的正電極連接，等離子體反應器1的負電 極接地。本實用新型所述的EMC濾波器201設有差模電感器LI和共模電感器L2兩者串聯(lián)， EMC濾波器201輸入端并聯(lián)電容器Cl，EMC濾波器201輸出端并聯(lián)電容器C2。由于本實用 新型脈沖電源設有EMC濾波器201，脈沖變壓器205初級線圈的兩端設有脈沖限幅電路，脈 沖發(fā)生器204與脈沖變壓器205是按反激式逆變器設置，外接的等離子體反應器1與市電 隔離，其外殼直接接地，電磁屏蔽、安全性能好。本實用新型從0. 009—30MHz頻段范圍內(nèi)， 電磁兼容指標符合國內(nèi)外有關標準規(guī)定。本實用新型所設計的脈沖電源中的脈沖發(fā)生器與脈沖變壓器是按反激式逆變器 設置，獲得高頻窄脈沖驅(qū)動電流，在呈容性的等離子體反應器工作中不會出現(xiàn)打火之類故 障。必須說明的是，脈沖發(fā)生器與脈沖變壓器按反激式逆變器設置，它除了完成升壓任務， 還使與之連接的等離子體反應器與市電隔離，反應器的負電極和外殼可以直接安全接地， 電磁屏蔽性能更好。同時獲得意想不到的有益效果是反激式逆變器輸出的脈沖電流是脈沖發(fā)生器 在關斷時使存儲在脈沖變壓器初級繞組內(nèi)的磁能瞬間釋放，獲得輸出18KVP_P，工作頻率 40KHZ，脈沖寬度4μ S，上升時間70nS的窄脈沖高壓電暈放電電流；再是當?shù)入x子體反應器 意外短路，由于反激式脈沖變壓器的隔離作用，即脈沖發(fā)生器關閉時脈沖變壓器的次級才 導通輸出，因而脈沖電源的半導體開關管工作是安全 的，保護電路只作輔助用，可靠性高， 開關管可以選用耐壓600V的普通功率半導體管。圖7是本實用新型脈沖變壓器輸出高壓放電電流波形圖。此放電電流波形是在脈 沖變壓器205的輸出端外接等離子體反應器1接地端的取樣電阻器R2上測得的。數(shù)字式 示波器顯示表明脈沖占空比為16%，脈沖寬度是3uS，脈沖上升時間為70nS。本發(fā)明脈沖 變壓器輸出高壓放電電流波形一致性好，等離子體反應器的電暈放電穩(wěn)定。本實用新型脈沖電源2工作原理市電由整流電路202橋式整流，濾波電容器C3濾波供脈沖發(fā)生器204逆變。當脈 沖發(fā)生器204中的開關管被PWM脈沖激勵而導通時，次級高壓快恢復二極管217因反向而 截止；整流電路202直流輸出電壓施加到脈沖變壓器205初級線圈的兩端，此時初級線圈 214相當于一個純電感，流過初級線圈214的電流線性上升，電源能量以磁能形式存儲在初 級線圈214的電感中；當開關管截止時，由于電感電流不能突變，初級線圈214兩端電壓極 性瞬間反向，次級線圈215上的電壓極性顛倒使高壓快恢復二極管217正向?qū)ǎ跫壘€圈 214儲存的能量傳送到次級線圈215升壓，產(chǎn)生高壓窄脈沖電流，提供給外接的等離子體反 應器作電暈放電。實施例3 圖2、圖3所示，當消毒凈化空間大，等離子體反應器設置的阻止微放電導電軌103 數(shù)量超過5根的，所述的阻止微放電導電軌103的兩端再與正交設置在反應器四周的四根 正電極金屬支架104固定，并作電連通；每根正電極金屬支架104的上、下兩端各設一個絕 緣連接物105與反應器外殼108相對應的安裝孔固定，反應器外殼108上設有絕緣連接物 固定栓106，把絕緣連接物105緊密固定。這樣設計減少絕緣連接物105用量，結(jié)構(gòu)緊湊。本發(fā)明所設計的正電極金屬支架104直徑為4. 0mm，正電極金屬支架104外緣設有內(nèi)孔直 徑4. Imm的阻止微放電導電軌固定圈107，等距離隔開相鄰的阻止微放電導電軌103，固定 圈的長度按減小同極性電磁場相互屏蔽作用的要求設定。本例導電軌固定圈107設計為 18—25mm。實施例4:本實用新型所述的脈沖發(fā)生器204內(nèi)的振蕩器、誤差放大器、PWM比較器可以是制 成一個模塊，開關管可選用功率場效應半導體管或IGBT外接。振蕩器、誤差放大器、PWM比 較器是單片市售集成電路組合制成。也可以選用開關電源控制集成電路ICl包括UC3842、 SG6848D制成。振蕩器、誤差放大器和PWM比較器和開關管是合用一塊單片集成電路的，可 選用三端開關電源ICl包括T0P225或T0P224制成，也可以是用性能更好的單片五端開關 電源ICl包括MC33374制成，功能相似，成本略高。本實用新型所述的電流檢測電路206內(nèi) 設有光耦集成電路IC2的型號是PC817或P721。本實用新型等離子體反應器內(nèi)的催化凈化原理是以高能電子與氣體分子碰撞反 應為基礎。其催化凈化機理包括兩個步驟一是在產(chǎn)生等離子體的過程中，高頻放電產(chǎn)生 瞬間高能量，打開某些有害氣體分子的化學鍵，使其分解成單質(zhì)原子或無害分 子。二是等離 子體中包含大量的高能電子、離子、激發(fā)態(tài)粒子和具有強氧化性的自由基，這些活性粒子的 平均能量高于氣體分子的鍵能，它們和有害氣體分子發(fā)生頻繁的碰撞，打開氣體分子的化 學鍵，同時還會產(chǎn)生大量的·0Η，-HO2, ·0等自由基和氧化性極強的O3，它們與有害氣體分 子發(fā)生化學反應生成無害產(chǎn)物?；钚宰杂苫?OH的氧化電位(2. 8eV)比臭氧的氧化電位 (2. 07eV)還高出35%，·0Η自由基與有機物的反應速度高出幾個數(shù)量級。本發(fā)明將污染空 氣中的有害物質(zhì)氧化為二氧化碳和水或礦物質(zhì)作用機理分析如下H2S+ · OH — HS+H20HS+02+ · OH+ · 0 — S03+H20NH3+ · OH — ΝΗ2+Η20ΝΗ2+02+ · 0 — NO2+H2O實測表明，污染空氣中的大部分有害物質(zhì)能在很短的間內(nèi)被氧化分解，降解率在 95%以上?？偟膩碚f，本實用新型的電暈放電作用下有機物的降解是一個復雜的等離子體化 學反應過程，由于自由基存在的時間極短，反應速度也相當快，要具體確定某一個反應過程 是十分困難的。雖然目前已有大量低溫等離子體降解污染物機理的研究，但還未形成能指 導實踐的理論體系，因而深入研究低溫等離子體降解污染物的機理是應用研究方向之一。本實用新型空氣中污染顆粒物凈化原理是利用等離子體反應器正電極在高壓脈 沖電源的驅(qū)動下作電暈放電，產(chǎn)生低溫等離子體，其中包含的大量電子和正負離子在電場 梯度的作用下，與空氣中的微粒發(fā)生非彈性碰撞，從而附著在上面，使之成為荷電粒子。在 外加電場力作用下，荷電粒子向反應器負電極板遷移，最終沉積在反應器負電極板上。其處 理過程分為三個階段 ①e+M (氣體分子)一IT ；②+PM(微粒)一(PMM)；③(PMM) _ — PMM (沉積在負電極板上)。[0084]靜電集塵是一個物理過程，在這個過程中，對懸浮在空氣中直徑小于100 μ m的總 懸浮顆粒(TSP)和直徑小于10 μ m的可吸入顆粒(PMltl)產(chǎn)生清除效果達95%以上。本實用新型再加上二氧化鈦(TiO2)光催化在等離子體反應器自身發(fā)出的紫外光 線作用下，光源的能量激發(fā)TiO2周圍的氣體分子產(chǎn)生活性極強的自由基。這些氧化能力極 強的自由基幾乎可以分解絕大部分有機物質(zhì)與部分無機物質(zhì)，達到殺菌，除臭，空氣凈化加 倍的效果。這就是本發(fā)明創(chuàng)造的等離子體與二氧化鈦優(yōu)化組合的特點。低溫等離子體與二氧化鈦光催化技術作為近年來出現(xiàn)的新型空氣凈化技術，它們 均能高效殺滅細菌，降解揮發(fā)性有機化合物vocs，也可以抑制甲型Hmi流感的空氣傳播途 徑。尤其是低溫等離子體空氣消毒凈化器內(nèi)含靜電場，還能吸附粒徑小至O. 01 μ m顆粒物。本實用新型使用范圍是汽車內(nèi)的空氣作動態(tài)消毒，尤其是轎車。也能用于地鐵、輕 軌車廂的空氣消毒凈化。配合空調(diào)器，用于辦公室、住房等范圍更廣。說明書公開了發(fā)明人從大量理論研究出發(fā)，設計和試驗的事實及本實用新型的最 佳實施方式，但本實用新型的實踐不限于此。說明書參照附圖的實施例對本實用新型作了 進一步說明，而并非是對本實用新型的限定。顯然，本領域的技術人員在本實用新型的技術 理念范圍內(nèi)，按上述揭示的發(fā)明所設計的等離子體反應器內(nèi)的阻止微放電技術、負電極板 敷設TiO2及其脈沖電源公開的內(nèi)容作出包括材質(zhì)在內(nèi)的各種方式簡單變形或等同替代，進 行各種添加、修改或重置而不偏離基本實用新型構(gòu)思范圍，并不會偏離本實用新型的精神 或者超越權(quán)利要求書定義的范圍。
權(quán)利要求汽車等離子體空氣消毒凈化器，包括等離子體反應器(1)、脈沖電源(2)、風機組件(3)、進風口(5)、出風口(6)和外殼(8)，進風口(5)設有進風口空氣過濾器(9)，出風口(6)設有出風口空氣過濾器(10)，等離子體反應器(1)和風機組件(3)設置在氣流之中；風機組件(3)邊框設有風機組件支架(16)，用支架固定螺釘(17)固定在外殼(8)上；脈沖電源(2)和風機組件(3)的電輸入端設電源連接器(7)與汽車蓄電池相連接；其特征在于所述的等離子體反應器(1)內(nèi)設有若干條鎳鉻金屬絲或鎳鉻金屬帶在同一平面內(nèi)按等距離平行排列制成的正電極(101)，正電極(101)置于相鄰兩個負電極(102)中間部位；正電極(101)的兩端是固定在阻止微放電導電軌(103)上對應的凹槽或凸部中，阻止微放電導電軌(103)是由鋁棒或不銹鋼條制成，并作電連通；阻止微放電導電軌(103)的兩端設有絕緣物固定在外殼(8)相應位置上；所述的負電極(102)的上、下兩端是直接固定在金屬制成的反應器外殼(108)上，并作電連通；負電極(102)是表面氧化處理的鋁板制成，負電極(102)的兩面敷設納米級TiO2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的脈沖電源 (2)內(nèi)設有EMC濾波器(201)、整流電路(202)、濾波電路(203)、脈沖發(fā)生器(204)、脈沖變 壓器(205)依次序作電連接，脈沖變壓器(205)的正、負兩個輸出端經(jīng)高壓導線(11)連接 等離子體反應器(1)對應的正電極(101)、負電極(102)；脈沖變壓器(205)與脈沖發(fā)生器 >(204)內(nèi)的開關管是單端反激式逆變器設置的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的阻止微放 電導電軌(103)的兩端再與正交設置在反應器四周的四根正電極金屬支架(104)固定，并 作電連通；每根正電極金屬支架(104)的上、下兩端各設一個絕緣連接物(105)與反應器外 殼(108)相對應的安裝孔固定；所述的納米級TiO2是帶隙能3. 2eV的銳鈦礦型催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的正電極 (101)的鎳鉻金屬絲直徑最佳值是0. 15——0. 20mm,或鎳鉻金屬帶最佳寬度是1. 0—— 2mm,厚度是 0. 06-0. 15mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的汽車等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的脈沖 變壓器(205)設有一個多槽絕緣線圈骨架(212)，次級線圈(215)是分三段至五段繞制在 多槽絕緣線圈骨架(212)相對應的凹槽內(nèi)串聯(lián)而成；每段線圈之間設一高壓快恢復二極管 (217)，高壓快恢復二極管(217)的正極接在低電位線包的末端，高壓快恢復二極管(217) 的負極接在高電位線包的起始端；所述的初級線圈(214)和次級線圈(215)的內(nèi)孔中設有 磁芯(216)作電磁耦合，磁芯(216)的磁回路中設有磁氣隙(218)；所述的磁芯(216)最佳 設計用鐵基超微晶鐵心，也可以設置鐵氧體磁心。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的汽車等離子體空氣消毒凈化器，其特征在于所述的脈沖 發(fā)生器(204)內(nèi)的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器可以是制成一個模塊，也可以選用開關 電源控制集成電路ICl包括UC3842、SG6848D制成；或數(shù)字控制電路(204)和脈沖發(fā)生器(205)是合用一塊單片集成電路的，三端開關電源ICl包括T0P225或T0P224制成，也可以 是用性能更好的單片五端開關電源ICl包括MC33374制成；所述的電流檢測電路(206)內(nèi) 設有光耦IC2的型號是PC817或P721。
專利摘要本實用新型涉及汽車等離子體空氣消毒凈化器。它包括等離子體反應器、脈沖電源、風機組件、進風口、出風口和外殼，其特征在于等離子體反應器內(nèi)設有若干條鎳鉻金屬絲或金屬帶在同一平面內(nèi)按等距離平行排列制成的正電極，正電極置于相鄰兩個負電極中間部位；正電極的兩端是固定在阻止微放電導電軌上對應的凹槽或凸部中；導電軌的兩端設有絕緣物固定在外殼相應位置上；負電極是表面氧化處理的鋁板制成，兩面敷設納米級TiO2。它的消毒殺菌、吸附可吸入顆粒物和降解有毒有害氣體效率高、節(jié)能、可靠性好、工作壽命長；而且結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝。使用范圍是汽車內(nèi)作動態(tài)空氣消毒凈化，尤其是轎車。也能用于地鐵、輕軌車廂及辦公室、住房等的空氣消毒凈化。
文檔編號A61L101/02GK201586247SQ20092021596
公開日2010年9月22日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者周云正, 陳愛芝 申請人:周云正