模块式低功率电离器的制作方法

文档序号:5069660阅读:272来源:国知局
专利名称:模块式低功率电离器的制作方法
技术领域
本发明涉及电离器,更具体地是指适合于商业应用和居民应用的模块式低功率电离器。
传统的电离器或电滤器包括又大又十分专用的装置。这些装置针对大型工业应用,例如水泥厂,具有很高的功率要求。由于这些装置的大功率要求,电离器包括单独的高压电源,非常笨重,制造和维护的成本非常高。这些装置通常设计成独立的单元,耦合到现有的通风设备或冷暖设备。由于这些原因,已有的装置不是很适合商业应用,如办公大楼或者居民或消费者使用。已经公布的欧洲专利申请号为90850276.8的专利申请公开了一种采用现有技术的这种装置。
在办公大楼里,空气循环系统包括由过滤器模块阵列构成的过滤器组。每个过滤器模块通常有一个在空气循环前捕获空气中颗粒物质的机械过滤器单元。必须定期地更换过滤器单元,因此,导致维护和更换成本的提高。此外,处理用过的过滤器单元也需要一定的费用。对于医疗机构,要把过滤器单元当作有害的生物废物进行处理,处理的成本更高。另外,排气风扇必须能够推动“脏的空气”通过过滤器单元。对于典型的办公大楼而言,这意味着要用输出马力较大的大型电机来驱动排气风扇,这进一步增加了传统空调/加热装置的成本。
还有理由相信,已经被污染的过滤器单元可能对“大楼综合症”毛病产生作用。
于是,需要适合于商业和居民使用的电离器。本发明的目的是提供一种可以与建筑物中冷暧系统(HVAC)现有的冷暖管道相集成的模块式电离器。本发明的另一个目的是提供一种采用一般交流电源工作、具有低功耗特点并集成有高压发生器的电离器。本发明的进一步目的是提供一种在电离过程中产生微乎其微臭氧副产品的电离器。本发明的更进一步的目的是提供一种与其它电离器模块一起排列形成一个适合于更大型安装工程使用的电离器组或阵列的模块式电离器,例如可以应用在公寓楼、办公大楼、医疗机构、实验室、食品加工厂、电子组装厂(即“净化室”)和制造厂等地方。
第一方面,本发明通过在管道内建立径向离子风,使颗粒固体直接扫到一个或多个收集电极上,提供一种净化管道中流动气体的装置,所述的装置包括(a)一个电离单元;(b)支撑管道中所述电离单元的装置;所述电离单元包括(i)一个防水封壳;(ii)在防水封壳中产生高压输出的高压发生器;(iii)耦合到所述高压输出并在所述管道中从所述封壳沿轴向延伸的电极支撑棒;(iv)安装在所述支撑棒上并沿径向延伸的至少一组电离电极;以及(c)将所述高压发生器连接到外部低压电源的装置。
第二方面,本发明提供一种净化封闭结构中空气的空气净化器,所述的封闭结构中配备有主电源,所述的空气净化器包括(a)至少有一个收集电极的封闭结构;(b)一个电离单元;(c)支撑所述封闭结构中所述电离单元的装置;所述电离单元包括(i)一个防水封壳;(ii)在防水封壳中产生高压输出的高压发生器;(iii)耦合到所述高压输出并在所述管道中从所述封壳沿轴向延伸的电极支撑棒;(iv)安装在所述支撑棒上并沿径向延伸的至少一组电离电极,用于在所述封闭结构中建立径向的离子风,将空气中的颗粒固体直接扫到所述的收集电极上;(d)将所述高压发生器连接到外部交流电源的装置;以及(e)所述的封闭结构包括一个空气进气口和一个空气排气口。
第三方面,本发明提供一种高压倍压器级,包括(a)一个接收输入电压信号的输入口;(b)有两个安装电容器的侧面通道和一个安装二极管的底部通道的壳体构件,所述的电容器与二极管相耦合,形成所述高压倍压器的多个级;(c)所述的底部通道设置在所述的侧面通道之间;(d)所述的最后一级提供所述高压倍压器的输出口。
现在参考表明本发明较佳实施例的附图,其中

图1是本发明电离装置的截面图。
图2是图1所示装置的电路方框图。
图3(a)至3(c)以示意图示出图2的电路。
图4(a)示出本发明的一组电离器。
图4(b)示出本发明的一组电离器的另一种排列。
图5是表示图3电路中产生的选择控制信号之间关系的时序图。
图6(a)和(b)以示意图示出本发明的变压器。
图7(a)至(c)以示意图示出本发明高压倍压器的一个实施例,图7(a)是高压倍压器的俯视图,图7(b)是侧视图,图7(c)是端视图。
首先参考图1,图1示出本发明的电离装置1。电离装置1包括一个管状构件或管道2和一个电离器4。如图所示,电离器4通过支架6共轴安装在管状构件2内。管状构件2可以包括连接到大楼冷暖设备(HVAC)的现有管道。或者,管状构件2可以包括给电离器4提供一个外壳或封闭结构和电离室的单独构件。支架6也给电离器4提供馈电。馈电包括耦合到电源模块10的电力电缆8。
在图1中,所示的电离器1水平地安装在管状构件2中。将会明白,电离器1也可以例如垂直地安装在垂直管状构件中。
本发明的一个特征在于电离器4是利用一般交流或“主”电源供电的,电源模块10简单地被插入墙壁插座中。模块10包括一个一般的115VAC变压器。此外,装置1的模块式本性使电离器4能够与大楼现有的冷暖系统相集成。例如,管状构件2可以包括连接到炉子的加热管道。支架6将电离器4附着到管道2上,由一根电力引出线供电。对于更大型的应用,例如办公大楼,电离器4可以排列成图4(a)所示的组或阵列3。组3包括多个模块或单元3a、3b、3c、3d...,每一个模块有一个电离器4(第一单元以3a表示)。电离器4的组或阵列3能够代替或增加现有空气过滤器组(未示出)。电离器4也可以如图4(b)所示在空气循环管道内以菊花链排列。在图4(b)中,模块5a、5b、5c、5d的另一列位于模块3a、3b、3c、3d后面。这种排列能够增大从空气中去除的颗粒物质的量。
另一方面,装置1是作为放置在房间里(例如居室里)的一个独立单元而制造的,可插入到墙壁插座中。独立单元包括进气和出气口,也可以有一个风扇(未示出)。应当明白,这样的独立单元需要适当的电磁干扰(EMI)屏蔽和安全装置。
如图1所示,电离器4包括防水封壳12,将高压电路14封闭在内。防水封壳12的一端用铝盖16密封,铝盖16也起高压电路14的散热体作用。空气34通过管道2流动,增加了铝盖16的散热能力,然而,空气34流动的方向可以与图1所示的方向相反。将盖子18附着在封壳12的另一端,提供防水密封。通过密封(例如橡胶垫圈)开孔119附着到盖子18上的是放电棒20。放电棒20通过触点121电学耦合到电路14,接收电路14产生的高压输出。放电棒20较佳地包括两组或多组电离电极,如图1中所示的两组电极22,24。每组电离电极22,24包括四条线26a、26b、26c和28a、28b、28c,图中未示出的第四条线。相邻电极,即26a与28a之间的距离约为18英寸。每一组电离电极22,24可以包括四条以上的线,但是,较佳地至少要有四条线。在另一个实施例中,可以用约0.5英寸见方的开孔的线网代替电离电极22,24。
如图1所示,还提供一个环30,环30通过图1所示的支架32耦合到管道2。另一方面,环30由与放电棒20相连接的绝缘支架32’(如断开的轮廓线所示)支撑,环30利用绝缘线33维持在所需电位上,例如接地。环30是由铜等导电材料制备的,对第二组电离电极24提供一个收集电极。如图1所示,电离电极28a,28b比第一组电极22中的电离电极26a,26b短,环30和电离电极28a,28b(和28c,28d)的组合使管道2中没有通过第一组电离电极22流动的部分空气电离。环30适合于与高压电路14一起产生60kV输出。
在工作中,高压电路14在150瓦下产生约60kV至135kV高压输出。(用图6所示的变压器结构如三铁心变压器产生135kV输出。)高压输出给放电棒20和电离电极26,28供电。“脏”的空气(或气体)通过电离室(如管道2)流动,在空气流34中的气体分子和颗粒物质在通过电离电极26,28附近时被电离。(脏的空气34将含有颗粒固体,如灰尘,烟雾等等。)在形成第一组电离电极22的导线26与管道2的内表面之间产生离子风127(利用断开的轮廓线示出)。管道2(即管道2的内表面)提供收集颗粒的收集电极,利用离子风127的作用收集颗粒。管道2的主要功能是起收集颗粒固体的“收集”电极的作用,通过电离电极26a、26b、26c、26d产生的离子风127扫出颗粒固体。(管道2也可以起“法拉弟”笼或屏的作用)。同样,对于第二组电离电极24,在电离电极28a、28b、28c、28d端头与环30之间产生离子风29(利用断开的轮廓线表示)。离子风129主要是负极性的,因此,环30被管道2或绝缘线33接地。例如,由于在端盖18周围引起的湍流,由第二组电离电极24产生的离子风129针对在电离电极26a、26b、26c、26d内流动的脏空气36,产生的干净空气流34’和36’继续通过管道2。
现已发现,电离器4的功效随环30和电离电极28a、28b、28c、28d的配置状况而增加。较佳地,电离电极26a、26b、26c、26d(或电极28a、28b、28c、28d)端头与管道2(或环30)之间的距离在10至15cm的范围。应当明白,这一距离还与电离器4产生的场强有关。
也可以应用延伸距离与电极26大致相同的电极(未示出)代替环30和电极28,这是有利的。例如,当产生满幅135kV输出时,不采用环30。
如图1所示,电离装置1也可以包括一个控制面板38。控制面板38给用户提供一个设定和维护的界面。控制面板38包括一个开/关开关40、功率输出指示器42和一个输出电流计44。根据选择,控制面板38可以包括一个复位开关46。
对于维护而言,利用一个水喷口清洗已经积累在管道2内表面或环30表面上的颗粒。由于封壳12是防水的,可以方便地对装置1进行清洗,不用从管道2内卸下电离器4。另一方面,电离器4和支架6的模块式本性允许将电离器4卸下来,在电离器不在位时对管道2的内表面(或外壳)进行擦洗。
如图1所示,本发明的一个特征在于高压电路14安排在共轴安装在管道构件2中的防水封壳12内。这种配置简化了在现有管道构件中构造和安装装置1,也便于清洗装置1。电离器4的模块式本性也使其适合于形成图4(a)和4(b)所示的组或阵列3。本发明的另一个特征在于使用一般交流电源使装置1工作的能力,这使得装置1除了工业应用以外,对于那些范围更广的应用也富有吸引力,例如,商业办公大楼和私人居民家庭。利用本发明一个方案的高压电路14可实现这个优点。
图2以方框图示出高压电路14。高压电路14包括一个脉冲控制模块50。脉冲控制模块50连接到输出驱动模块52。输出驱动模块52包括一个驱动高压变压器54初级绕组的“推挽”电路。正如将要说明的,脉冲控制模块50产生控制输出驱动模块52中“推挽”电路的脉冲信号。输出,即高压变压器54的次级绕组耦合到高压倍压器56。高压倍压器56使变压器54的次级绕组的电压在输出端58增大到合适的高压电平。(以下参考图7描述高压倍压器56)。高压输出58通过电接触端子121(图1)耦合到放电棒20(图1)。高压变压器54与高压倍压器56产生高压输出(例如,最高达135kV),给连接到放电棒20(图1)的电离电极26,28供电。
根据本发明的另一个方案,高压变压器54(在图6中表示的)和高压倍压器56(在图7中表示的)形成一个“可调谐”电路,使变压器54共振地工作,产生高输出电压电平,即135kV。
现在参考图2,高压电路14包括一个振荡器60。振荡器60给脉冲控制模块50提供参考触发信号。振荡器60的输出通过缓冲级62耦合到脉冲控制模块50。缓冲级62给参考触发信号提供驱动并防止装载振荡器60的输出。
高压电路14还包括图2中所示的输出调节器64。将输出调节器64耦合到变压器54和脉冲控制模块50。输出调节器64包括一个根据高压变压器54的输出控制脉冲控制模块50的反馈电路。正如下面将详细说明的,构造的输出调节器64对输出电压或输出电流进行调节。在电流调节模式中,输出电流维持在预定值上,例如250μA,允许电压电平在一定范围内,例如在60kV至135kV内变化。在电压调节模式中,输出电压电平维持在由电位器146(图3(c))设定的预定值上。
高压电路14由电源模块70供电。电源模块70包括主电源模块10(图1),通过一般电缆和插头连接到主电源上。主电源模块10在端子11上提供140VDC输出,在端子13上提供20VAC输出。主电源模块10如图3(c)所示,包括交流线路变压器15。交流线路变压器15的初级绕组耦合到主电源电缆上,包括一个保险丝17和开/关开关40。如图所示,140VDC电源的端子11通过电阻400耦合到变压器15的初级绕组,由二极管401进行整流。次级绕组使电压“下降”,在端子13提供20VAC电源。140VDC和20VAC端子11、13以及接地(GND)端子9通过电缆8耦合到高压电路14。
电缆8包括一根多心电缆,并用另外的心线将电路14(位于封壳12中)通过端子19连接到灯46,通过端子21、23连接到输出电压电平调节电位器146,通过端子25、27连接到电流计48。电缆8还包括一个心线,将铝盖16(图1)连接到图3(b)中所示的包括变阻器41的浪涌抑制器(即接地尖峰信号)电路39。导体29还耦合到控制面板38的底板。
回过来参考图2,高压电路14还包括过载保护模块66和短路保护模块77。过载保护模块66有一个耦合到高压倍压器56的输入端、耦合到短路保护模块77的输入端、耦合到缓冲级62的输出端、以及耦合到输出调节器64的另一个输出端。从高压倍压器56的输入较佳地包括滤波器网络87,以下将更详细地描述。
如果高压电路14的输出电流超过预定量,触发过载保护电路66,(通过缓冲级62的输入)禁止脉冲控制模块50因而也禁止输出驱动模块52工作。
如果存在短路情况,例如高压变压器54失灵以及漏泄电流大时,也会触发过载保护模块66。如果发生短路情况,短路保护模块触发过载保护模块66。过载保护模块66通过禁止脉冲控制模块50和输出驱动模块52工作又断开电路14。
一旦触发后,脉冲控制模块50保持禁止直至过载保护模块66复位。高压电路包括一个使过载保护模块66复位的复位模块68。复位模块68经过一段预定时间后自动地产生一个复位信号。通过人工方式揿一下控制面板38上的复位开关(未示出),也能够激发复位模块68。如果过载保护模块66被短路模块77所触发,那么,较佳地只能以人工方式使电路14工作,从而给调查短路原因提供机会。
为了提供自动复位特征,振荡器60也给复位模块68提供定时参考信号。下面将对这一特征作详细说明。
接着参考图3(a)至3(c),图3更详细地示出高压电路14。下表列出了图3中所示元件的参数值。如图3(a)所示,端子72连接到140VDC输入端子11,端子74连接到20VAC输入端子13,端子76连接到接地端子9。140VDC输入经电容器402和电阻器403滤平。20VAC输入经二极管404整流和电容器405滤平。经过整流的20VAC将在端子80给电压调节器78提供输入。如图3(b)所示,电压调节器78包括松下半导体公司制造的LM7812这类常规器件。调节器78提供+12伏电源轨82,包括滤平+12伏输出的电容器406。+12伏电源轨82给包括高压电路14在内的元件提供供电电压。高压电路14还包括浪涌抑制器39。浪涌抑制器39的功能是通过将电压尖峰信号分流到地而保护电路14。如图所示,浪涌抑制器39包括一个变阻器41,其一端接地,另一端连接导体29,导体29也连接到控制面板的底板。
回过来参考图3(a),140VDC馈电给高压变压器54的初级绕组提供能量。变压器54的初级绕组有一个中心抽头84,接收140VDC。如图3(a)所示,140VDC通过短路保护模块77的分路耦合到中心抽头84。(初级绕组的端子被耦合到输出驱动模块52,以如下所述的“推挽”方式工作。)短路保护模块77包括一个串联在140VDC输入72与高压变压器54中心抽头84之间的电感器86。分路还包括保险丝88和与电感器86并联的电容器407。电感器86磁耦合到簧片开关90。簧片开关90的一端耦合到电压输入端92,开关90的另一端形成一个耦合到过载保护模块66输入端的输出端。如图3(a)所示,簧片开关90的输出端包括在端子94调节输出信号的电阻器408,409和电容器410。
如果发生短路情况,高压变压器54将抽取电流,在电感器86中产生磁场。该磁场又“跳开”簧片开关90,在端子94产生脉冲给过载保护模块66。产生的脉冲触发过载保护模块66,引起脉冲控制模块50停止工作,以下将作更详细的介绍。
如图3(a)所示,在一种变型的短路保护模块77中,用一个光电二极管和光电晶体管配置代替簧片开关90和电感器86,并以标号79表示。在本领域专业人员的知识范围内能够实现图3(a)所示的电路79。
接着参考图3(b),利用一个可编程的定时器芯片96,如摩托罗拉公司提供的MC14541,可以实现振荡器60。定时器芯片96可以构成在引脚1提供16kHz至22kHz的输出信号98。在专业人员的知识范围内,能够恰当选择耦合到定时器芯片96引脚2和3的电阻411,412和电容413,414的值以及耦合到引脚12的电压电平。(例如,在下表中对19kHz信号98提供了电阻和电容的值)。定时器芯片96也包括一个16级二进制计数器,在输出引脚8提供计时序信号,供复位模块68使用。
19kHz信号98给脉冲控制模块50提供参考信号,并经缓冲级62缓冲。如图3(b)所示,利用一个包含六个倒相器100至110的单个封装芯片,如摩托罗拉公司提供的MC4049,可实现缓冲级62。各个倒相器100与102,104与106,108与110成对级联,形成各自的非倒相缓冲器。缓冲级产生两个相位差180。的缓冲输出参考信号112,114。缓冲输出信号112,114将参考输入提供给脉冲控制模块50。如图3(b)所示,倒相器104,108通过各自的二极管415,416和电阻器417,418也耦合到过载保护模块66。以下将进一步详细描述这一方案。
脉冲控制模块50和输出驱动模块52包括一种驱动高压变压器54的“推挽式”结构。推挽式结构从高压变压器54产生更高效的功率输出。
如图3(a)所示,输出驱动模块52包括一对功率晶体管116,118。晶体管116,118的输出端,即漏极和源极耦合到高压变压器54的初级绕组。晶体管116,118的控制输入端,即栅极耦合到脉冲控制模块50的各个输出端120,122。脉冲控制模块50产生脉冲串124,126,它使各个晶体管116,118接通和断开,从而控制变压器54初级绕组中流过的电流。如上所述,高压变压器54在初级绕组上有一个中心抽头84,连接到140VDC电源。在初级绕组中流过的电流在变压器54的次级绕组中感应出电压。用高压倍压器56对次级绕组中感应的电压进行倍增,在输出端58产生高压。
脉冲控制模块50包括一对用第一和第二LM555型定时器芯片132和134实现的单稳多谐振荡器128,130。专业人员会清楚,每个555型定时器芯片132,134有一个电阻器和电容器网络,将定时器芯片132,134配置成单稳多谐振荡器(即脉冲发生器)。(例如,电阻器419至425和电容器426,427的值由下表给出)。参考信号112给第一单稳多谐振荡器或脉冲发生器128提供“触发”信号,参考信号114给第二单稳多谐振荡器130提供“触发”信号。根据参考信号112,第一脉冲发生器128产生驱动功率晶体管116栅极的脉冲信号输出124。同样,第二脉冲发生器130产生驱动第二功率晶体管118栅极的脉冲信号126。在专业人员的知识范围内,由连接到各个555型定时器芯片132、134的阈值和放电输入端的电阻/电容网络确定每个脉冲信号124,126的占空因数。在较佳的实施例中,占空因数约为25%。为了保护晶体管116,118,脉冲发生器128,130的输出端包括电阻器428,429,如图3(b)所示。
较佳地,晶体管116,118包括International Rectifier公司提供的绝缘栅双极型功率晶体管,例如IRGPC50FD2型号是合适的。
图5示出脉冲信号124,126之间的关系。在脉冲信号124,126之间存在相移或时间滞后,给功率晶体管116,118产生“推挽”动作,即当第一晶体管116接通时,第二晶体管118断开。当高压电路14设定为满幅功率输出(例如利用电位器146-图3(c))时,每个脉冲的宽度约为15微秒。在最小功率输出时,脉冲信号124,126的脉冲宽度在微秒范围内。
再回过来参考图3(a),高压变压器54的初级绕组包括从电源模块70耦合到140VDC馈电的中心抽头84。根据脉冲控制信号124,126,电流首先“推”然后“拉”通过变压器54的初级绕组。例如,当第一晶体管116接通,第二晶体管118断开时,电流流过第一晶体管116并在变压器54的次级绕组中感应电压。相反,当第二晶体管118接通,第一晶体管116断开时,电流以相反的方向流过第二晶体管118和变压器54的初级绕组。本发明的推挽结构降低了如果只在一个方向(例如A类模式)激励初级绕组出现的高压变压器铁心的磁化。由于晶体管116,118的工作交替地改变初级绕组中电流的方向,在信号124,126(图5)的各个脉冲间的时间滞后期间,允许变压器铁心中的磁场减弱。这使变压器54能够更有效地工作。如图3(a)所示,电阻430和电容431跨接在变压器54的初级绕组上。电阻430和电容431有助于控制晶体管116,118切换导致初级绕组中出现的瞬变。
再参考图3(a),晶体管116,118每一次接通,电流在初级绕组中流过,在变压器54的次级绕组中感应电压。变压器54的次级绕组使感应电压升高,通过高压倍压器56的工作使感应电压增大到135kV。
根据本发明的另一个方案,高压变压器54包括如图6(a)和6(b)所示的多铁心结构。变压器54包括初级绕组55、次级绕组57以及多个铁心59。多铁心59包括三个铁氧体铁心61,63,65。为了减小铁心中的磁滞,每个铁氧体铁心61,63,65有空隙67,69。对于每个铁心61,63,65,初级绕组55包括18匝,次级绕组57的匝数比约为1/50。次级绕组57较佳地用环氧树脂真空密封。应当清楚,图6所示的多铁心结构具有限制每个铁心61,63,65的涡流的优点。
根据本发明的这个方案,为了在次级绕组57中产生高压输出而又不需要高的匝数比,变压器54包括三铁心结构59。通过限制匝数比,可以减小变压器554的尺寸。
图6所示的变压器54的三铁心结构适合于150瓦系统。对于100瓦系统,适当改变次级绕组的匝数比,可以用两铁心结构,例如61,63。对于50瓦系统,适当改变匝数比,可以用单铁心结构。
为了进一步将输出增大到135kV,变压器54以共振方式工作。变压器54和高压倍压器56包括一个“调谐”电路。频率越高,变压器54的效率越高,输出越高,然而,极限是脉冲控制模块50中晶体管116,118的开关频率。对于所用的晶体管116,118,在16kHz至22kHz范围内选择开关频率。空隙67,69约为0.004英寸,调节空隙使变压器54在共振下产生7.5kV峰值输出。
如图3(a)所示,次级绕组耦合到高压倍压器56。高压倍压器56包括一组级联的级。倍压器包括七个级联的级,图中示出其中的三个并用标号136,138,140表示。每一个级联的级是由一组电容器和二极管形成的。用电容和二极管构,成倍压器正如专业人员所懂得的。(如果采用绝缘线23与环30,绝缘线23的电容要分解到级联级)。高压倍压器的功能是(通过变压器54初级绕组中140VDC的“推挽”切换)进一步增大或倍增变压器54次级绕组中产生的“升高”电压。
在本结构中,即包含变压器54和倍压器56的调谐电路中,输出高达135kV,电容是680pF,额定电压15kV。对于35kV RMS,二极管的额定电流为2mA。高压倍压器54的输出经电接触点21电耦合到放电棒20(图1)。以下描述图7所示出的“调谐”高压倍压器56。对高压变压器54和高压倍压器56作适当改进(即增加级数),可以获得约180kV的输出电压。
参考图3(a),高压变压器54铁心上第三绕组142给输出调节器64提供输入144。输出调节器64的功能是调节或控制电路14产生的输出电压。调节器64也可配置成调节输出电流。在电压调节模式下,输出电压电平维持在电位器146(图3(c))设定的电平上。在电流调节模式下,电流维持在预定的水平,例如250μA,允许电压在60kV至135kV之间变化,这将取决于使空气34中颗粒带电所需的电流。
根据所需的输出电压电平,通过控制脉冲124,126(图3(b))占空因子,调节输出电压。输出电压电平是由图3(c)所示的电位器146设定的,将其耦合到绕组142。电位器146较佳地是位于控制面板38内,只有经培训的技术人员才能接触它。电位器146的电刷形成端子23并在调节器64的端子155上耦合到齐纳二极管148。齐纳二极管148给调节器64提供输入。调节转盘42的另一个端子21连接到绕组142的端子144上。
参考图3(b),输出调节器64包括一个NPN晶体管150和一个PNP晶体管152。齐纳二极管148的阴极通过电阻432耦合到NPN晶体管150的集电极,二极管148的阳极通过电阻433耦合到NPN晶体管150的基极。NPN150的基极还通过二极管434耦合到信号接地。NPN150的集电极通过电阻435耦合到PNP晶体管152的基极。PNP152的基极通过电阻436还耦合到过载保护模块66的输出端154。PNP152的发射极通过两个二极管437接至12伏电压。二极管437给PNP152偏置,使最小脉冲宽带限制在0.2μs。PNP晶体管152的集电极给调节器64提供输出并通过电容438耦合到脉冲控制模块50。电阻435和电容438给555定时器132,138的电阻/电容网络提供偏压并控制各个脉冲信号124,126的占空因子。
在电压调节模式下,绕组142(图3(a))中产生的电压正比于电路14输出端58的输出电压。当绕组142中的电压超过阈值电平(由电位器146-图3(c)设定)时,齐纳二极管148将导通,引起NPN晶体管150导通。这又引起PNP晶体管152导通,电容438上偏压变化,从而引起脉冲信号124,126的脉冲宽带和占空因子减小。通过改变脉冲信号124,126的占空因子,改变高压输出端58的电平和电离作用。在本实施例中,输出电压在1.0mA下调节为135kV,或在1.5mA下调节为100kV。
参考图3(b),当过载保护模块66被触发时,输出端154被拉低,PNP晶体管152被截止。这可以有效地禁止555定时器132,134工作,下面将详细介绍。
在另一个方案中,输出调节器64允许控制输出电流电平。现已发现,对于净化含有大量颗粒物质的空气,电流调节是比较理想的,颗粒物质越多,越易于使之带电和维持带电。换句话说,一旦颗粒带电,颗粒物质越多,所需的电流越低。另一方面,当空气相对清洁时,例如办公场所,电压调节则较佳,因为在电流调节模式中使颗粒带电需要用较大电流。
选择电流调节,有一个连接到节点170(即滤波器网络87的输出)的端子151和一个开关或搭接片153。搭接片153将端子151,即滤波器87的输出耦合到端子155齐纳二极管148的阳极。在电流调节模式中,NPN晶体管150耦合到滤波器网络87的输出端,流动的电流控制NPN晶体管150,它又控制PNP晶体管152和电容438上的偏压。对于下表中所列的元件参数值,输出电流调节在250μA。
如图2所示,滤波器网络87将高压倍压器56的输出信号耦合到过载保护模块66。滤波器网络87的功能是调节倍压器56的输出信号,以防止保护模块66被误触发。
参考图3(b),滤波器网络87包括如图所示的电阻445至448和电容449至451的一条分路。滤波器网络87的另一条分路包括电容452。滤波器87的输入端162连接到高压变压器54的次级绕组。滤波器网络87的频率特性是根据变压器54的共振频率配置的。表中所给的电阻值和电容值适合于19kHz开关频率。对于16kHz工作,电阻445至448的合适值为1.1K,对于20kHz工作,电阻445至448的合适值是560欧姆。
如图3(a)所示,高压倍压器56的输出164包括网络166,网络166包括变阻器168、截断二极管452、电阻453至454以及电容455,456,连接关系如图所示。网络166的功能是“滤平”从倍压器56中抽出的输出信号。在倍压器56输出信号中的尖峰信号到达过载保护模块66之前,变阻器168通过将其分流到接地而吸收这些尖峰信号。
再回过来参考图3(b),在滤波器87的输入端162,信号分成两路。一路将信号相位前移,而另一路将信号相位后移,因此,当信号在节点170重新合并时,即输入到过载保护模块66时,能够有效地消除信号的波动。在电流调节模式中,如上所述,滤波器网络87的信号输入到齐纳二极管148。
参考图3(b),滤波器网络87的信号在节点170输入到过载保护模块66。过载保护模块66包括第一和第二半导体闸流管或可控硅整流器(SCR)172和174。第一SCR172给过载电压情况提供保护。第二SCR174给温度过载情况提供保护。如果超过预定输出电流电平,SCR172禁止电路14工作。另一方面,如果超过安全工作温度,例如75℃,第二SCR174使电路14不工作。如图3(b)所示,每个SCR172,174包括一个输入网络,分别用173和174表示。
第一SCR172的栅极通过电阻457接收滤波器网络87(即节点170)的输出信号。选择电阻457的值,使SCR172在适当的输出电平上被触发。(如上所述,滤波器网络87去除信号中的波动或尖峰信号,以防止SCR172误触发)。SCR172的栅极包括二极管458和电容459,它们形成连接到端子94(即图3(a)所示的短路保护模块67的输出)的输入176。SCR172的栅极通过热敏电阻178和电阻460还连接到信号接地,如图3(b)所示。热敏电阻178的功能是在装置变热时对SCR172进行补偿。当封壳12内的温度升高时,SCR172对误触发更加敏感。
工作中,当输出电流超过预定的阈值电平时,SCR172被触发,SCR172的输出变低。(如图3(b)所示,SCR172的输出端通过电阻461接至+12伏电压。)当SCR172的输出变低时,禁止对各个单稳态振动器128,130提供脉冲信号112,114,这又阻止功率晶体管116,118(图3(a))切换。如图3(b)所示,SCR172的输出端还连接到调节器64中PNP晶体管152的基极。SCR172的触发也引起禁止调节器向555定时器132,134提供输入。单稳态振动器或脉冲发生器128,130维持在禁止状态,直至SCR172被复位模块68复位。
如图3(b)所示,复位模块68包括一个定时器180和一个输出晶体管182。定时器180配置成产生输出信号,在预定时间接导通晶体管182。输出晶体管182跨接在SCR172上。当导通时,晶体管172使SCR172有效地“短路”,SCR172复位。(SCR172复位到低于0.7伏,在饱和状态中晶体管182的集电极-发射极电压为0.2伏)。利用摩托罗拉公司提供的MC14566工业时基发生器芯片可实现定时器180。定时器芯片180有一个输入端184,连接到定时器(振荡器)芯片96的输出端,接收时序信号186。定时器180配置成产生接通晶体管182的输出信号,(振荡器芯片96的PIN12接至+12伏电压)约为每次4分钟或者(振荡器芯片96的PIN12接地)约为每次4秒,正如有关专业人员所能理解的。如图3(b)所示,定时器180的输出端通过电阻462耦合到晶体管182的基极。定时器180本身通过晶体管182的工作复位。如图所示,定时器180有一个复位输入端188,它通过电阻463和电容464耦合到晶体管182的集电极。
参考图3(b),第二SCR174以及热敏电阻190给高压电路14提供过热保护。热敏电阻190通过齐纳二极管192、电阻465和另一个齐纳二极管194耦合到SCR174的栅极,如图3(b)所示。SCR174的输出端通过电阻466接至+12伏电压,还经缓冲输入端104,108接至单稳态振动器128,130。当工作温度超过预定阈值,例如75℃时,触发SCR174并把缓冲104,108输入拉至地,因而使单稳态振动器128,130(即脉冲发生器)丧失作用。由于高温状态可以表示失灵,与过载状态相反,耦合到SCR174的截止二极管196阻止SCR174由复位模块180自动复位。为了使SCR174复位,必须由技术人员切断装置的电源,对故障进行检查。
过载保护模块66还包括端子198,200,连接至电流计48(图3(c))。在电容467和电阻468的交接点形成端子198,它在节点170连接至滤波器网络87的输出端。在电阻469和信号接地的交接点形成端子200。电阻469的另一端连接于SCR174的栅极。端子198连接于电流计48的端子27,端子200连接于“返回”端子25,如图3(c)所示。电流计48包括定标电阻202。电流计48的端子25通过电阻470连接至电位器146,如图3(c)所示。
如图3(a)所示,功率输出指示器46通过驱动电路158也连接到绕组142。灯46在端子19连接至驱动电路158(图3(a))。灯46的驱动电路158包括晶体管160。晶体管160的基极通过电阻439、电容440和整流二极管441连接至绕组142。晶体管160的集电极通过二极管442耦合到端子19。驱动电路158还包括另一个二极管443和电阻444,将端子19耦合到信号接地。
在工作中,当装置接通时,灯46将暗暗地发光。当在绕组142中感应电压时,基极电流流动,引起晶体管160导通;集电极电流使灯46明亮发光。如果电离器4的输出端已经被短路,那么,过载保护模块66的继续复位将使灯46每隔4分钟(或4秒)闪烁一次。
参考图3(a),二极管441的阳极也耦合到端子220。端子220连接到电路222的输入端子,如图3(b)所示。电路222提供输出端子224和测试点端子226。电路222对线圈142负输出部分进行处理。电路222包括电容471,472、二极管473、电阻474。下表给出元件的参数值。
如上所述,高压倍压器56和变压器54可以包括一个“调谐”电路。接下来参考图7(a)至(c),图7示出本发明一个方案的高压倍压器56。高压倍压器56包括一个封壳,通常以标号204表示。封壳204包括封装倍压器56的级联级136,138,140(图3(a))的箱体206和连接输出线58的管道208。由分别以D和C表示的二极管和电容器形成级联的级(例如136,138,140)。倍压器56的输入端通过AC引线和接地线连接到高压变压器54的次级绕组。高压倍压器56的主要功能是降低AC线与地线之间的电容,以使变压器以共振方式工作。
如图7所示,箱体206有安装电容器C的侧面通道210,212和安装二极管D的底部通道214。通道210,212,214较佳地填充环氧材料。封壳204包括接收电介质材料的一个或多个通道,以改变电容,也就改变阻抗和高压倍压器56产生的输出电压。
对于135kV输出,高压倍压器56包括9级,电容C为680pF,额定电压15kV,二极管D额定值为35kV和2mA。
应当清楚,本发明的高压电路14提供一种实现电离器4的精巧又经济的解决办法。高压电路14与电离器4模块式设计相结合,提供一种易于装在现有管道工件上的装置,该装置按照电离器组排列,替代办公大楼中的已知的机械过滤器组。
只要不背离本发明基本特征的精神,可以用其它具体形式来体现本发明。因此,目前讨论的这些实施例应被看作是事例而非限制,本发明的范围是由权利要求书而非以上说明表示的,因此,希望在权利要求等效意义和范围内的所有变化都包含在其权利要求之中。,元件参数值表,变阻器 41 120v电位器 14650K齐纳二极管 14815V晶体管 1504624晶体管 1524626晶体管160U45变阻器16820VSCR1 1725061SCR2 1745061热敏电阻 178100K,20℃晶体管1824124热敏电阻 190100K,20℃齐纳二极管1927.8V齐纳二极管1947.5V二极管196914电阻 4001.5,10W二极管4018A,400V电容 402680μF,200V电阻 403100K,1W二极管4044007电容 4051000μF,40V电容 4062.2μF电容 4072.2μF电阻 408100K电阻 409220K电容 4101nF电阻 411100K电阻 412220K电容 413180pF电容 41450pF二极管415914二极管416914电阻 41718K电阻 41818K电阻 419 18K电阻 420 18K电阻 421 6.8K电阻 422 1.8K电阻 423 18K电阻 424 18K电阻 425 6.8K电容 426 1nF电容 427 1nF电阻 428 27欧姆电阻 429 27欧姆电阻 430 5.6K电容 431 150pF电阻 432 18K电阻 433 820K二极管 434 914电阻 435 18K电阻 436 47K二极管 437 4126电容 438 0.1μF电阻 439 10K电容 440 2.2μF,100V二极管 441 4007二极管 442 4007二极管 443 4007电阻 444 100欧姆,1W电阻 445 680(1.1K,560欧姆)电阻 446 680(1.1K,560欧姆)电阻 447 680(1.1K,560欧姆)电阻 448 680(1.1K,560欧姆)电容 44915nF电容 45015nF电容 45115nF电容 4521nF电阻 45318欧姆电阻 4541K,1W电容 4550.1μF电容 4562.2μF,100V电阻 457220K二极管 458914电容 4591nF电阻 46057K电阻 4611.5K电阻 46218K电阻 4631M电容 46447pF电阻 46518K电阻 46618K电容 4672.2μF电阻 4682.2K电阻 469220K电阻 47012K电容 4710.1μF电容 472680pF二极管 4734007电阻 4746.8K电阻 4755K电容 4762.2μF
权利要求
1.一种净化管道中流动气体的装置,通过在管道中建立径向离子风,使颗粒固体直接扫到一个或多个收集电极上,其特征在于所述的装置包括(a)一个电离单元;(b)支撑管道中所述电离单元的装置;所述电离单元包括(i)一个防水封壳;(ii)在防水封壳中产生高压输出的高压发生器;(iii)耦合到所述高压输出并在所述管道中从所述封壳沿轴向延伸的电极支撑棒;(iv)安装在所述支撑棒上并沿径向延伸的至少一组电离电极;以及(c)将所述高压发生器连接到外部低压电源的装置。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于管道壁构成收集所述颗粒固体的收集电极。
3.如权利要求2所述的装置,其特征在于所述的电离单元包括多个轴向隔开的电离电极组。
4.如权利要求1所述的装置,其特征在于进一步包括一个位于管道内环绕一组所述电离电极的环形电极,所述的环形电极其直径占管道的一部分并电学接地。
5.如权利要求4所述的装置,其特征在于所述的环形电极是由所述的支撑棒支撑的。
6.如权利要求4所述的装置,其特征在于所述的环形电极连接到管道并由管道支撑。
7.如权利要求1所述的装置,其特征在于所述的高压发生器包括一个变压器和激发所述变压器产生所述高压输出的控制装置。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于所述的控制装置包括产生脉冲的脉冲发生器装置和耦合到所述变压器并响应于所述脉冲激发所述变压器的推挽驱动电路。
9.如权利要求8所述的装置,其特征在于所述的高压发生器包括耦合到所述变压器输出端的倍压器装置,使所述变压器输出倍增到所述高压输出。
10.如权利要求9所述的装置,其特征在于所述的高压发生器包括调节所述高压输出的调节装置。
11.如权利要求1所述的装置,其特征在于所述的电离单元包括过载保护装置,当所述高压电流输出超过预定水平时使所述高压发生器停止工作。
12.一种净化建筑物封闭结构中空气的空气净化器,所述的封闭结构配备有主电源,其特征在于所述的空气净化器包括(a)至少有一个收集电极的封闭结构;(b)一个电离单元;(c)支撑所述封闭结构中所述电离单元的装置;所述电离单元包括(i)一个防水封壳;(ii)在防水封壳中产生高压输出的高压发生器;(iii)耦合到所述高压输出端并在所述管道中从所述封壳沿轴向延伸的电极支撑棒;(iv)安装在所述支撑棒上并沿径向延伸的至少一组电离电极,用于在所述封闭结构中建立径向离子风,将空气中的颗粒固体直接扫到所述的收集电极上;(d)将所述高压发生器连接到外部主电源的装置;以及(e)所述的封闭结构包括一个空气进气口和一个空气排气口。
13.如权利要求12所述的装置,其特征在于进一步包括通过所述进气口吸入空气和通过所述排气口排出空气的风扇。
14.一种高压倍压器级,其特征在于包括(a)一个接收输入电压信号的输入口;(b)有两个安装电容器的侧面通道和一个安装二极管的底部通道的壳体构件,所述的电容器和二极管相耦合,形成所述高压倍压器的多个级;(c)所述的底部通道设置在所述的侧面通道之间;(d)所述的最后一级提供所述高压倍压器的输出口。
15.如权利要求14所述的高压倍压器级,其特征在于进一步包括具有一个接收输入信号的初级绕组和一个次级绕组的高压变压器,所述的初级绕组通过一个铁心耦合到所述的次级绕组,以增大施加到所述初级绕组的输入交流信号,所述的次级绕组有连接到所述输入口的端子。
16.如权利要求15所述的高压倍压器级,进一步包括激励所述高压变压器的所述初级绕组的装置,所述的初级绕组有一个接收所述输入信号的中心端子,其特征在于所述的输入信号包括直流电压信号。
17.如权利要求16所述的高压倍压器级,其特征在于所述的激励装置包括耦合到所述高压变压器的初级绕组的推挽电路,有一个通过所述初级绕组改变电流流动的装置。
18.如权利要求17所述的高压倍压器级,其特征在于所述的高压变压器和所述的高压倍压器形成一个调谐电路。
19.如权利要求18所述的高压倍压器级,其特征在于所述的高压变压器的铁心包括三个铁心构件。
20.如权利要求9所述的高压倍压器级,其特征在于所述的高压发生器包括调节输出电流的调节装置。
全文摘要
一种使空气电离,去除颗粒物质的装置,包括一个电离器以及在管道或封闭结构中安装电离器的支架。电离器包括一组跨越一部分管道的电极。离子风把空气中的颗粒扫到管道上提供的收集电极。在另一个实施例中,还提供一个跨越管道内部的环形收集电极。高压电路包括直流电源、高压变压器、高压倍增级和推挽切换电路。直流电源接收交流电力,产生的直流输出耦合到变压器初级绕组。推挽切换电路通过交替地切换初级绕组在变压器中产生可控的有效的交流输出。倍增级进一步将次级绕组的输出电压增大到足以激励电极并产生离子风的电平。本装置还包括一个高压倍增级。
文档编号B03C3/38GK1186454SQ96194314
公开日1998年7月1日 申请日期1996年5月31日 优先权日1995年6月1日
发明者汉斯W·克劳斯 申请人:Dkw国际股份有限公司
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