离子云消霾降尘单元、基站及集群系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及空气净化【技术领域】，公开了一种离子云消霾降尘单元、基站及集群系统。该单元包括：正离子发射阵列、负离子发射阵列、正电压发生器、负电压发生器、控制器及检测电路；其中，检测电路耦接至控制器，将检测的运行数据提供给控制器；控制器耦接正电压发生器和负电压发生器，根据运行数据和运行目标调控电压发生器中的运行参数；正电压发生器耦接正离子发射阵列、负电压发生器耦接负离子发射阵列，依靠运行参数中设置的脉冲驱动信号的频率和占空比调节正离子发射阵列和负离子发射阵列所产生的正负离子的浓度。本实用新型的方案有效促进了空气离子团的可控性扩散，可对大气污染物直接进行净化和降解。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种空气净化【技术领域】，特别涉及一种离子云消霾降尘单元、基 站及集群系统。 离子云消霾降尘单元、基站及集群系统
【背景技术】
[0002] 随着我国工业现代化的逐步实现，前期通过破坏环境和消耗资源来发展工业的弊 端也日益凸显，最典型的就是大气污染和大范围雾霾天气的出现。我国目前治理大气污染 的方法通常是采用限制污染源的排放或强制使用新型能源，如单双号限制汽车出行、限制 购买小汽车、采用天然气取暖、限制工业用煤等。这些措施虽然能达到一定效果，但这种行 政措施是在限制了人民生活方式或工业发展后实现的，无疑会造成人们日常生活不便或受 限，以及生活成本增加等困难。此外还有一种使用空气净化装置，即采用化学方法或物理吸 附过滤等方法，如家庭或饭店厨房排烟过滤器、汽车尾气三元滤化装置等，是确保向室外大 气排放经过处理的尽量清洁的无害气体或颗粒，它们皆无法做到对大气本身进行净化和处 理。
[0003] 也有人提出采用水雾化系统并取得专利，利用水雾吸附大气中的悬浮物而降尘。 但这种方案实际存在无法避免的问题，即水雾喷洒过程中的水雾本身就会影响大气透明 度，空气的湿度会增加，由于湿度增加会加速某些对人体有害细菌的滋生和有害病毒的传 播；加上"水"对我国来说是重要的生态稀少资源，特别是对于我国北方地区，因此该方案的 负面效果远大于实际效用。现有技术中，室内空气净化多采用负氧离子发生器，家用的负氧 离子发生器可以在室内有限空间内对空气中的悬浮颗粒物进行降落，但这种方式负氧离子 的扩散性有限，只能在封闭空间中起到降尘作用，无法使用在室外空间上。另外也有人构思 采用离子风对大空间进行降尘，但这类设备必须采用大功率风机将空气离子吹向空间，在 加快离子的喷射扩散的同时，也将空中的大颗粒悬浮物带升到空间中，降尘作用不明显且 作用区域有限。 实用新型内容
[0004] 针对现有技术的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是如何实现大范围的消霾 降尘。
[0005] 为解决上述问题，一方面，本实用新型提供了一种离子云消霾降尘单元，所述单元 包括：正离子发射阵列、负离子发射阵列、正电压发生器、负电压发生器、控制器及检测电 路；其中，
[0006] 所述检测电路耦接至所述控制器，将检测的运行数据提供给所述控制器；
[0007] 所述控制器耦接所述正电压发生器和所述负电压发生器，根据所述运行数据和运 行目标调控电压发生器中的运行参数；
[0008] 所述正电压发生器耦接所述正离子发射阵列、所述负电压发生器耦接所述负离子 发射阵列，依靠运行参数中设置的脉冲驱动信号的频率和占空比调节所述正离子发射阵列 和所述负离子发射阵列所产生的正负离子的浓度。
[0009] 优选地，所述单元中：所述正电压发生器和所述负电压发生器的被控端还连接电 源线来获取相应的正负电压。
[0010] 优选地，所述单元中：
[0011] 所述负高压发生器的电压为〇?-500kV内连续可调的直流电压，其正极连接电路 参考地或机箱外壳，负极接所述负离子发射阵列；
[0012] 所述正高压发生器的电压为0?500kV内连续可调的直流电压，其负极连接电路 参考地或机箱外壳，正极接所述正离子发射阵列。
[0013] 优选地，所述正离子发射阵列和/或所述负离子发射阵列由若干组金属纤维束连 接而成。
[0014] 优选地，所述检测电路包括电压取样电路、电流取样电路和温度传感器。
[0015] 另一方面，本实用新型还同时提供了一种离子云消霾降尘基站，所述基站包括：基 站控制器和多个如上所述的单元；其中，每个单元的控制器与所述基站控制器通过基站总 线相耦接。
[0016] 优选地，所述基站还包括：
[0017] 至少一台环境数据采集器，所述环境数据采集器通过有线或无线方式与所述基站 控制器耦接，将采集的环境数据反馈给所述基站；以及，
[0018] 定位装置，所述定位装置通过有线或无线方式与所述基站控制器耦接，将采集的 基站的定位信息反馈给所述基站。
[0019] 优选地，所述基站是固定安装的或移动布置的。
[0020] 再一方面，本实用新型还同时提供一种离子云消霾降尘集群系统，所述集群系统 包括：系统云计算处理中心和多个如上所述的基站；其中，每个基站通过有线或无线网络 与所述系统云计算处理中心相耦接。
[0021] 优选地，所述集群系统中，基站之间的距离为0. 1公里至100公里。
[0022] 相对于现有技术，本实用新型提供了一种离子云消霾降尘单元、基站和集群系统， 本实用新型的方案有效促进了空气离子团的可控性扩散，可对大气污染物直接进行净化和 降解。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本实用新型的一个实施例中离子云消霾降尘单元的结构示意图；
[0024] 图2为本实用新型的一个优选实施例中离子云消霾降尘基站的结构示意图；
[0025] 图3为本实用新型的一个更优选实施例中离子云消霾降尘集群系统的结构示意 图。
【具体实施方式】
[0026] 如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应 可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个部件。本说明书及权利要求并不以名 称的差异来作为区分部件的方式，而是以部件在功能上的差异来作为区分的准则。此外， "耦接"一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接 于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或 耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施 方式，然所述描述乃以说明本实用新型的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范 围。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述。显然，所描述的实施例为实施本实用新型的较佳实施方式，所述描述是以说明 本实用新型的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围 应当以权利要求所界定者为准，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有 做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0027] 离子降尘最大的问题是负氧离子的扩散能力有限，有鉴于此，本实用新型的技术 方案中通过集群式方式布置"离子云"基站，在室外人工持续不间断制造高浓度的空气离子 团；此外通过控制空气离子的极性和浓度来促使空气离子团向指定区域扩散。具体地，空 气离子团形成具有带电特性的离子云团，该云团中的负离子遇到空中的悬浮颗粒物就会聚 合，进而颗粒质量增大，由于重力作用而降落到地面，或有正离子极板吸引附着于正离子极 板上。
[0028] 如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，一个最基本的离子云消霾降尘单元 包括：正离子发射阵列、负离子发射阵列、正电压发生器、负电压发生器、控制器及检测电 路；其中，检测电路耦接至控制器，将检测的运行数据提供给控制器；控制器耦接正电压发 生器和负电压发生器，根据运行数据和运行目标调控电压发生器中的运行参数；正电压发 生器耦接正离子发射阵列、负电压发生器耦接负离子发射阵列，依靠运行参数中设置的脉 冲驱动信号的频率和占空比调节正离子发射阵列和负离子发射阵列所产生的正负离子的 浓度。
[0029] 在图1中，正电压发生器和负电压发生器的被控端还连接电源线来获取相应的正 负电压。检测电路包括电压取样电路、电流取样电路和温度传感器，用于随时检测系统的运 行情况。优选地，每个单元的控制器为单片机或微处理器；单片机或微处理器通过总线接口 电路，接收总线上传输的数据或指令，向负电压发生器或正电压发生器发送脉冲驱动信号， 其脉冲驱动信号的频率和占空比受单片机或微处理器的控制，负离子发射阵列或正离子发 射阵列所产生的负离子或正离子的浓度得以改变。单片机或微处理器还随时采集温度测量 电路、电压测量电路、电流测量电路的检测值并进行处理并随时调节脉冲驱动信号的频率 或占空比，以便自动控制负电压发生器和正电压发生器电压。
[0030] 在其他优选实施例中，负高压发生器的电压为0?-500kV内连续可调的直流电 压，其正极为电路参考地或机箱外壳，负极接负离子发射阵列；正高压发生器的电压为〇? 500kV内连续可调的直流电压，其负极为电路参考地或机箱外壳，正极接正离子发射阵列。 正离子发射阵列和/或负离子发射阵列由若干组金属纤维束连接而成。
[0031] 再结合图2,多个如图1所示的单元通过基站总线组接成一个基站，每个单元的控 制器与基站控制器通过基站总线相耦接，实现基站与各个单元的数据传输、指令送达和相 关控制，由基站控制器对各个单元进行统一调度。每个基站负责区域内还包括至少一台环 境数据采集器，环境数据采集器与基站控制器通过有线或无线方式耦接，将采集的环境数 据反馈给基站。此外，基站还包括定位装置，图2中优选为BDS (北斗卫星定位系统）用户 端，定位装置采集基站的定位信息，并由基站控制器将定位信息、环境数据、运行数据和运 行参数上报给上级系统。
[0032] 优选地，基站对所实施消霾降尘区域的位置、温度、湿度、大气压强、大颗粒尘埃浓 度、PM2. 5浓度、空气负离子浓度、空气正离子浓度、光照度等相关环境参数进行实时测量。 基站可以是固定的，也可以是移动的，基站可安装于地面、各类建筑物顶部、电力线塔架、各 类线缆线杆、公共照明灯杆，或安装在各类交通汽车或电车车顶。基站可根据各个区域的雾 霾情况、悬浮物浓度以及温度、湿度、大气压强和光照强度等指标进行间隔布局，基站之间 距离最小可以为〇. 1公里，最大可以为数十公里(优选不超过1〇〇公里)。
[0033] 由多个基站构成的离子云消霾降尘集群系统的拓扑结构如图3所示。系统云计算 处理中心是系统的数据处理运算和总指挥，该中心由具有云计算和云处理能力的高配置计 算机或服务器及数据交换设备来担当。系统云计算处理中心根据各基站反馈的数据进行实 时的环境监视和系统运行状态的调整。具体地，系统云计算处理中心提供的功能包括实时 显示、数据存储与查询、区域地图、控制模型库、运算中心、人工智能操作界面等，为整个系 统提供全方位实时服务。
[0034] 离子云是集群系统的众多单元所激发出的不可见空气离子聚集体，在空气中的覆 盖水平面积通常大于l〇〇m2,其离子云厚度在2m以上，可形象的称之为离子云。消霾降尘的 "霾"和"尘"，是指粒径在0. 1 μ m至10 μ m的空气中的悬浮物，其中包含对人体危害最大的 PM2. 5可吸入颗粒物，这类物体被人吸入后对人体具有一定的损害。
[0035] 在本实用新型的技术方案中，单元是系统的基础核心部件，是离子云形成所需的 离子触发源，单元中离子发生器的启停和工作频率、输出电压、输入波形完全由单片机驱动 或控制，每一系统单元皆含有对温度、电压、电流等相关参数的测量，可以分别或同时产生 空气负离子和空气正离子，所产生的空气离子的浓度是可控的。由这样的若干单元构成系 统基站，基站对所实施消霾降尘区域的位置、温度、湿度、大气压强、大颗粒尘埃浓度、PM2. 5 浓度、空气负离子浓度、空气正离子浓度、光照度等相关环境参数进行实时测量。随后再由 若干基站构成系统，系统对所有基站测量数据进行采集分析，同时对各个基站实行人工智 能或自动智能控制：系统对所有受控基站的采集数据进行云计算处理分析，根据计算机内 部建立的数学模型对所有的单元进行控制，以达到制造离子云和消霾降尘的最佳效果。
[0036] 在本实用新型的系统中，单元与基站之间、基站与环境数据采集器之间可以采用 无线或有线技术进行数据传输，基站与系统云处理中心采用有线或无线网络进行数据或指 令传输，如电话无线网业务、BDS或GPS卫星定位与数据传送业务、海事卫星通信业务等。
[0037] 最基本地，本实用新型所述的系统单元是可控型和可调节的正负离子发生器组成 并连接发射阵列，所形成的离子云自下而上缓慢移动和扩散，并最终聚合空气中的雾霾和 悬浮颗粒物而下沉到地面或附着于建筑物上。根据地球空间原理，高空中大气离子层具有 正电特性，单元所产生的空气负离子云由单元负离子发射阵列向空中自下而上运动，所以 是消霾降尘的主力军，单元所产生的正离子向地面发射并形成低密度离子云，使得由负离 子吸附悬浮颗粒物后而质量变大颗粒物加速其降沉。因此，本实用新型可以对广阔的大气 空间进行持续的空气净化，通常在2小时内可使能见度为lkm的大气雾霾降到50km以上。 同时，空气负氧离子对人类具有保健治疗和抗衰老的作用，本实用新型若在所有空气污染 严重的地区推广使用，必将减小地球温室效应，抑制或阻止地球变暖，以及由地球变暖所带 来的南北极冰雪融化、海平面上升等问题。
[0038] 相对于现有技术，本实用新型提供了一种离子云消霾降尘单元、基站和集群系统， 本实用新型的方案有效促进了空气离子团的可控性扩散，可对大气污染物直接进行净化和 降解。该方案使用的电力非常小，通常一个离子发射单元所消耗的电功率不足10W，通过本 实用新型形成的系统，可产生大量的空气离子并形成离子云，可以对广阔的大气空间进行 持续的空气净化，通常在2小时内可使能见度为lkm的大气雾霾降到50km以上。此外，大 范围形成的空气负氧离子，还对人体具有保健治疗和抗衰老等作用。
[〇〇39] 虽然以上结合优选实施例对本实用新型进行了描述，但本领域的技术人员应该理 解，本实用新型所述的方法和系统并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，在不背离由所 附权利要求书限定的本实用新型精神和范围的情况下，可对本实用新型作出各种修改、增 力口、以及替换。
【权利要求】
1. 一种离子云消霾降尘单元，其特征在于，所述单元包括：正离子发射阵列、负离子发 射阵列、正电压发生器、负电压发生器、控制器及检测电路；其中， 所述检测电路耦接至所述控制器，将检测的运行数据提供给所述控制器； 所述控制器耦接所述正电压发生器和所述负电压发生器，根据所述运行数据和运行目 标调控电压发生器中的运行参数； 所述正电压发生器耦接所述正离子发射阵列、所述负电压发生器耦接所述负离子发射 阵列，依靠运行参数中设置的脉冲驱动信号的频率和占空比调节所述正离子发射阵列和所 述负离子发射阵列所产生的正负离子的浓度。
2. 根据权利要求1所述的离子云消霾降尘单元，其特征在于，所述单元中： 所述正电压发生器和所述负电压发生器的被控端还连接电源线来获取相应的正负电 压。
3. 根据权利要求1或2所述的离子云消霾降尘单元，其特征在于，所述单元中： 所述负高压发生器的电压为〇?_500kV内连续可调的直流电压，其正极连接电路参考 地或机箱外壳，负极接所述负离子发射阵列； 所述正高压发生器的电压为〇?500kV内连续可调的直流电压，其负极连接电路参考 地或机箱外壳，正极接所述正离子发射阵列。
4. 根据权利要求1所述的离子云消霾降尘单元，其特征在于，所述正离子发射阵列和/ 或所述负离子发射阵列由若干组金属纤维束连接而成。
5. 根据权利要求1所述的离子云消霾降尘单元，其特征在于，所述检测电路包括电压 取样电路、电流取样电路和温度传感器。
6. -种离子云消霾降尘基站，其特征在于，所述基站包括：基站控制器和多个如权利 要求1-5中任一项所述的单元；其中，每个单元的控制器与所述基站控制器通过基站总线 相奉禹接。
7. 根据权利要求6所述的基站，其特征在于，所述基站还包括： 至少一台环境数据采集器，所述环境数据采集器通过有线或无线方式与所述基站控制 器耦接，将采集的环境数据反馈给所述基站；以及， 定位装置，所述定位装置通过有线或无线方式与所述基站控制器耦接，将采集的基站 的定位信息反馈给所述基站。
8. 根据权利要求6所述的基站，其特征在于，所述基站是固定安装的或移动布置的。
【文档编号】H01T23/00GK203850621SQ201420006996
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年1月6日 优先权日:2014年1月6日
【发明者】王立新, 王梅, 宋鸿茹, 郭金平, 王龙庆 申请人:王立新, 王梅, 宋鸿茹, 郭金平, 王龙庆