冰柜等离子杀菌除臭装置及其控制电路和杀菌除臭方法与流程

本发明涉及一种等离子发生装置及其控制电路和应用该装置在冰柜中进行杀菌除臭的方法。

背景技术：

冰柜用来低温保存食物，柜内温度低且空气不流通，细菌易滋生，也容易生产臭气不易排出(臭气主要成份是NH3和H2S)；以致冰柜内的环境无法改善，并且可能会加速冰柜内食物的腐化变质，冰柜中最常见的“嗜冷菌”有耶式菌和李斯特菌，他们可引起多种疾病，危害人体健康，所以，冰柜要定期清洗消毒，首先要每周至少对冰柜进行清洗、除菌、消毒，其次方法要正确，除了对并冰柜内部常规部位进行清洗、消毒外，更应该注重用高效的冰柜专用消毒剂，来对冰柜的滴水槽、隔板槽等死角进行喷射消毒，冰箱内壁、死角喷雾完成后，应该将冰柜门关闭5-10分钟，让消毒剂充分杀菌，最后再用抹布抹干净，上述每次清洗时均需采用专用消毒剂，所需成本大，并且清洗的过程十分繁琐，需消费大量的时间，在清洗前，冰柜内会存在大量细菌，会引起多种疾病，另外，冰柜厂商也有通过使用紫外灯(UV灯)来进行杀菌、除臭、保鲜，这种方式是通过光线直射达到目的的，即使在冰柜内各角落多角度放置UV灯，也可能因为冰柜内存放的食物数量多而生产死角，效果不佳，而且紫外线对人体有害。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供通过等离子杀菌除臭的解决方案。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种冰柜等离子杀菌除臭装置，包括外壳和置于外壳中的高压放电组件，高压放电组件由电源模块、控制模块、高压产生模块、显示模块组成，还包括与控制模块连接的臭氧发生模块和无线监控模块，高压放电组件又包括集成了各模块电路的电路板，高压产生模块包括陶瓷片、放电针，无线监控模块包括臭氧传感器，其中电路板设于外壳的相对封闭的腔室中，臭氧传感器和放电针放置于外壳内，并通过外壳设有的通孔与外界连通。

其中，外壳内设有一块档板将外壳分隔成左右两部分，电路板置于下部的封闭腔室中，右边空间上部贴近壳盖的空间放置臭氧传感器，右边空间下部用于放置陶瓷片和放电针。

其中，外壳包括壳盖和壳体，壳盖四周设有扣脚与壳体内壁卡扣连接，还包括出风网，所述出风网紧贴于壳盖底面。

本发明的另一个目的是提供一种等离子杀菌除臭方法，将冰柜等离子杀菌除臭装置放置于冰柜中，冰柜等离子杀菌除臭装置，包括外壳和置于外壳中的高压放电组件，所述高压放电组件由电源模块、控制模块、高压产生模块、显示模块组成，其特征在于，还包括与控制模块连接的臭氧发生模块和无线监控模块，高压放电组件又包括集成了各模块电路的电路板，高压产生模块包括陶瓷片、放电针，无线监控模块包括臭氧传感器，其中电路板设于外壳的相对封闭的腔室中，臭氧传感器和放电针放置于外壳内并通过外壳设有的通孔与外界连通。通过高压放电产生等离子和臭氧对冰柜进行杀菌除臭处理。

优选地，高压放电电压为±12kv，高压放电一直持续，臭氧间隙性工作，臭氧浓度维持在0.1ppm，超过浓度自动关闭。

优选地，外壳内设有一块档板将外壳分隔成左右两部分，电路板置于下部的封闭腔室中，右边空间上部贴近壳盖的空间放置臭氧传感器，右边空间下部用于放置陶瓷片和放电针，外壳包括壳盖和壳体，壳盖四周设有扣脚与壳体内壁卡扣连接，还包括出风网，出风网紧贴于壳盖底面。

本发明还提供一种冰柜等离子杀菌除臭装置的控制电路，包括电源模块、控制模块、高压产生模块、臭氧发生模块、显示模块和无线监控模块，电源模块的输出端连接无线监控模块和控制模块供电，无线监控模块与控制模块相连，控制模块的输出端接高压产生模块、臭氧发生模块以及显示模块的输入端；

电源模块包括芯片U1和芯片U2，芯片U1的脚6接24V电源输入端，芯片U1的脚5串接电容C1接地，芯片U1的脚2串接电感L1接芯片U2的脚1，电容C1的输出端串接电阻R1和电阻R2接电感L1的输出端后接+15V电源端，电阻R1和电阻R2的两端并接电容C2，电容C1的输出端接二极管D1后接电感L1的输入端，芯片U2的输入端接电容C3接地，芯片U2的输出端接+5V电源输出端，电容C3的输出端接电容C4接芯片U2的脚3，电容C4的两端并接电容C5；

控制模块包括芯片U3、芯片U4和排针J1，芯片U3的脚21串接电阻R3接排针J1的脚3，芯片U3的脚24串接电阻R4接排针J1的脚4，电阻R4的输出端接电阻R5接排针J1的脚1，电阻R5的输出端接+5V电源端；所述芯片U4的脚1和脚8均接+15V电源端，芯片U4的脚2接芯片U3的脚10，芯片U4的脚3接芯片U3的脚1，芯片U4的脚4和脚6接地；

高压产生模块包括变压器T1和场效应管Q1，变压器T1的脚1串接电容C6接正极电源输入端，变压器T1的脚2串接二极管D2接负极电源输入端，二极管D2的输出端串接二极管D3接电容C6的输入端；所述变压器T1的脚4接场效应管Q1的集电极，场效应管Q1的发射极接地，场效应管Q1的基极串接电阻R6接放电端子，电阻R6的输入端串接电阻R7接地；

臭氧发生模块包括变压器T2和场效应管Q2，变压器T2的脚1接正极电源输入端子，变压器T2的脚2接负极电源输入端子，变压器T2的脚4接场效应管Q2的集电极，场效应管Q2的发射极接地，场效应管Q2的基极串接电阻R8接放电端子，电阻R8的输入端接电阻R9接地；

显示模块包括发光二极管D4-发光二极管D6、电阻R10-电阻R12，发光二极管D4-发光二极管D6的输入端均接+5V电源端，发光二极管D4的输出端串接电阻R10接芯片U3的脚13，发光二极管D5的输出端串接电阻R11接芯片U3的脚14，发光二极管D6的输出端串接电阻R12接芯片U3的脚15；

无线监控模块包括排针J2、电阻R13、电容C7-电容C9，排针J2的脚1串接电容C7接地，排针J2的脚2串接电容C8接地，电容C8的输入端接+5V电源端，排针J2的脚3接地，电容C8的两端并接电容C9，电容C9的输入端接电阻R13接芯片U3的脚10。

优选地，芯片U1的型号为34063，芯片U2的型号为7805，芯片U4的型号为IT2104。

优选地，芯片U3采用微电脑程序控制。

本发明提供的冰柜等离子杀菌除臭装置和使用方法，利用高压放电原理产生的正负离子和臭氧有效地杀死冰柜中的细菌和去除臭气，由于正负离子和臭氧的弥漫扩散有效地到达冰柜中的各个角落，很好地解决了光照条件的缺陷。另外，与现有技术相比，本发明提出的冰柜等离子杀菌除臭装置的控制电路，通过电源模块为控制模块和无线监控模块的工作供电；高压产生模块的变压器T1将输入的宽电压升压后产生高电压，高压放电电压为±12kv，控制模块控制场效应管Q1持续导通在放电针的针尖凝聚放电；臭氧发生模块的变压器T2将输入宽电压升压后产生高电压，高压放电电压为±12kv，控制模块控制场效应管Q2间隙性工作，放电针的针尖在高电压下放电，空气中的氧分子被迫分离并重新组合，形成微量的臭氧，当臭氧浓度超过0.1ppm，控制模块控制臭氧发生模块停止工作，当臭氧浓度低于0.1ppm，控制模块控制臭氧发生模块工作，正负离子在水蒸气的携带下，飘至细菌和臭氧分子周围，正负离子吸收细菌和臭气分子中的氢原子，并与自身结合，形成氢氧基，氢氧基在周围分子的作用下会与周围的氢原子再度结合，形成水分子，而细菌和臭气分子在失去氢原子之后会分解死亡，从而达到杀菌、除臭、保鲜的作用，而在过程中产生的微量臭氧，可以加速这一过程，在无毒无害的环境下，解决冰柜内的问题；整体杀菌效率高，无毒无害。

附图说明

图1为本发明的冰柜等离子杀菌除臭装置结构分解图；

图2为等离子放电，水分子被分解；

图3为正负离子以水蒸气为介质在空气中传播；

图4为离子群撞击到细菌、臭气分子；

图5为离子群撞击到细菌、臭气分子后形成OH；

图6为夺取细菌、臭气分子的H原子，使细菌不活化，臭气无臭化；

图7为本发明电路的原理框图；

图8为本发明的电源电路图；

图9为本发明的控制模块电路图；

图10为本发明的高压产生模块电路图；

图11为本发明的臭氧产生电路图；

图12为本发明的显示模块电路图；

图13为本发明的无线监控模块图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1、图7所示，冰柜等离子杀菌除臭装置，包括外壳10和置于外壳10中的高压放电组件，高压放电组件由电源模块1、控制模块2、高压产生模块3、显示模块5组成，还包括与控制模块2连接的臭氧发生模块4和无线监控模块6，其中，高压放电组件又包括集成了各模块电路的电路板21，高压产生模块3包括陶瓷片、放电针，无线监控模块6包括臭氧传感器22，无线监控模块6是指：可以通过无线传输的方式，将机器的状态实时反馈到客户端，并且可以通过客户端来实时控制机器的运行，而臭氧传感器是一个反馈的模块。外壳10包括壳盖11和壳体12，壳盖11四周设有扣脚13与壳体12内壁卡扣连接，壳体12内设有一块竖向档板14将壳体分隔成两部分，参照图1，即分为左右两部分，左边空间为相对封闭的腔室15用于放置电路板21，右边空间下部用于放置陶瓷片和放电针，右边空间上部用于放置臭氧传感器22，臭氧传感器22和放电针置于外壳10内并通过外壳10设有的通孔与外界连通，为了清洁维护方便，本实施例还包括出风网30，该出风网30紧贴于壳盖11底面，出风网30上设有若干排形状规律的通孔31，对应该通孔31，壳盖11上镂空与之对应，同时为了加强空气对流，在放电针所处的腔室16的壳体两侧均设有若干通孔17；另外，为了臭氧传感器22监测数据更准确，也可以将其独立出来放在壳体外，设于冷柜中的其他位置。

将以上装置放置于冰柜中，下面通过工作原理和工作方法对杀菌除臭过程做详细说明。

根据汤森放电理论解释负电晕的形成机理。对于负电晕放电，从阴极发射出来的自由电子在电场力的作用下沿着电场方向定向移动，移动过程中与空气中的分子或原子发生碰撞。分子或原子游离后产生新的电子和原有的电子一起在电场力的作用下继续沿着电场方向运动，同时引起新的游离。当电场强度超过某临界值时，电子束会急剧增加。在电场力的作用下，电子沿着原理负极导体的方向发展。

汤森放电理论下，若假设各处都是均匀场，带电粒子运动以定向运动为主，不考虑空间复合和容器壁复合，忽略正离子在空间的碰撞电离，放电电流大小可表示为：

Io为饱和电流，αT为汤森电离系数，定义为电子在电场方向通过1CM距离产生的电离碰撞的平均数。

对于αT可以用气压p及场强E计算。若假设电子在气体中以定向运动为主，且忽略激发碰撞，关系公式为

αT也可以用以下公式计算

其中，A、B是与气体性质有关常数。P为气压，d为电极间距离，v为电压

电子与分子或原子发生碰撞，碰撞产生的电子向阳极运动，留下来的正离子则在电场力的作用下缓慢地向阴极移动。当电压增加到一定程度，使得这些正离子到达阴极，阴极表面产生新的电子。这便是阴极二次电子发射。这些新的电子会在电场的作用下向阳极运动，又产生电子崩，重复上面的过程。

在电晕放电下，空气会离解成等离子体。低温等离子放电一般存在六种粒子：光子、电子、基态粒子和正负离子、激发态粒子，各种粒子会相互碰撞、相互作用，进而影响其他粒子。

弹性碰撞和非弹性碰撞是粒子碰撞的两种主要类型，在弹性碰撞中，只改变粒子速度，参与碰撞的粒子其位能不发生变化，因此原子或分子不能被激发或离解，对化学反应没有贡献。在非弹性碰撞中，粒子间的总动量不变，但总动能不守恒。也即是说至少有一个粒子的能量发生了改变。

等离子体存在多种碰撞的形式，主要分为三种：

激发：原子或分子在电子或光子发生非弹性碰撞后，会吸收电子的动能及光子的能量，使得原子和分子的内能增大，吸收的能量使原子中的电子由低能级跃迁到高能级。这一过程称为原子的激发。

电离：原子或分子在与电子、中性粒子碰撞，或与光子作用时可吸收他们的能量。当在碰撞中吸收了比跃迁到最外层级所需能量更多的能量时，电子便可脱离原子核的约束，成为自由电子。这一过程称为电离。

复合：正的带电粒子和负的带电粒子也会发生碰撞。正的带电粒子和负的带电粒子后形成新的粒子呈电中性。

而在离子杀菌、除臭、保鲜中，正运用到了这三种原理。

结合图2至图6，在针尖的高电压下，空气中的氧分子会被迫分离并重新组合，形成微量的臭氧。正负离子在水蒸气的携带下，飘至细菌和臭气分子周围。正负离子吸收细菌和臭气分子中的氢原子，并与自身结合，形成氢氧基，氢氧基在周围分子的作用下会与周围的氢原子再度结合，形成水分子。而细菌和臭气分子在失去氢原子之后会分解死亡。从而达到杀菌、除臭、保鲜的作用。

其中氧分子在常态下是由两个氧原子组成。价键理论认为氧气分子是由两个氧原子以双键的形式结合成的。它的结构式标示为：O＝O

在发生电离时，氧气与电子碰撞会发生电离。氧气的电离能高达12eV,大部分的电离作用是间接的电离作用。

当能量大于17eV时，氧气可以直接电离。其产物是O⁺及O^-

O2+e→O⁺+O^-

在发生离解时，氧分子通过离解的吸附效应，可以生成氧原子

e+O2→O2^-→O^-+O

等电荷离解也可生成氧原子

e+O2→e+2O

在发生复合时，氧气分子可以与电子作用发生复合，但需要有第三者M的参加。复合的产物是离子O^-2

e+O2+M→O2^-+M

正氢离子也可以通过同样的原理得到

水的结构式是H-O-H

在等离子放电，水分子被分解成H⁺和O^2-,之后正负离子以水蒸气为介质向空气中传播，离子群在撞击到细菌和臭气分子后形成OH基，夺取菌类、臭气分子的H原子，使细菌不活化、臭气无臭化。

下面将结合图7-13介绍这种冰柜等离子杀菌除臭装置的控制电路，包括电源模块1、控制模块2、高压产生模块3、臭氧发生模块4、显示模块5和无线监控模块6，电源模块1的输出端连接无线监控模块6和控制模块2供电，无线监控模块6与控制模块2相连，无线监控模块6与控制模块2互发信号，无线监控模块6下发信号给控制模块2，控制模块2也可下发信号给无线监控模块6，控制模块2的输出端接高压产生模块3、臭氧发生模块4以及显示模块5的输入端，控制模块2控制高压产生模块3、臭氧发生模块4和显示模块5；

电源模块1包括芯片U1和芯片U2，芯片U1的型号为34063，芯片U2的型号为7805，芯片U1的脚6接24V电源输入端，芯片U1的脚5串接电容C1接地，芯片U1的脚2串接电感L1接芯片U2的脚1，电容C1的输出端串接电阻R1和电阻R2接电感L1的输出端后接+15V电源端，电阻R1和电阻R2的两端并接电容C2，电容C1的输出端接二极管D1后接电感L1的输入端，芯片U2的输入端接电容C3接地，芯片U2的输出端接+5V电源输出端，电容C3的输出端接电容C4接芯片U2的脚3，电容C4的两端并接电容C5；芯片U1的脚6接电源输入端后，通过34063芯片是一单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分，用以输入稳定的直流电，芯片U2是三端稳压集成电路，经直流-直流变换的直流电通过芯片U2稳压输出+5V电源为无线监控模块6和控制模块2的工作供电。

控制模块2包括芯片U3、芯片U4和排针J1，芯片U4的型号为IT2104，芯片U3的脚21串接电阻R3接排针J1的脚3，芯片U3的脚24串接电阻R4接排针J1的脚4，电阻R4的输出端接电阻R5接排针J1的脚1，电阻R5的输出端接+5V电源端；所述芯片U4的脚1和脚8均接+15V电源端，芯片U4的脚2接芯片U3的脚10，芯片U4的脚3接芯片U3的脚1，芯片U4的脚4和脚6接地，芯片U3采用微电脑程序控制，由微电脑程序控制芯片U3的工作；控制模块2控制高压产生模块3、臭氧发生模块4和显示模块5的工作，

高压产生模块3包括变压器T1和场效应管Q1，变压器T1的脚1串接电容C6接正极电源输入端，变压器T1的脚2串接二极管D2接负极电源输入端，二极管D2的输出端串接二极管D3接电容C6的输入端；所述变压器T1的脚4接场效应管Q1的集电极，场效应管Q1的发射极接地，场效应管Q1的基极串接电阻R6接放电端子，电阻R6的输入端串接电阻R7接地；变压器T1的输入端接宽电压输入，在变压器T1升压之后达到数千伏的高压，高压在电阻R6接出的放电端子(针尖)凝聚，控制器2控制场效应管Q1持续导通释放高电压；

臭氧发生模块4包括变压器T2和场效应管Q2，变压器T2的脚1接正极电源输入端子，变压器T2的脚2接负极电源输入端子，变压器T2的脚4接场效应管Q2的集电极，场效应管Q2的发射极接地，场效应管Q2的基极串接电阻R8接放电端子，电阻R8的输入端接电阻R9接地；变压器T2的输入端接宽电压输入，在变压器T2升压之后达到数千伏的高压，在电阻R8接放电端子(针尖)凝聚，在针尖高电压下，空气中的氧分子被迫分离并重新组合，形成微量臭氧，控制模块2控制场效应管Q2间隙性工作产生臭氧；

显示模块5包括发光二极管D4-发光二极管D6、电阻R10-电阻R12，发光二极管D4-发光二极管D6的输入端均接+5V电源端，发光二极管D4的输出端串接电阻R10接芯片U3的脚13，发光二极管D5的输出端串接电阻R11接芯片U3的脚14，发光二极管D6的输出端串接电阻R12接芯片U3的脚15；控制模块2控制发光二极管D4-发光二极管D6的亮灭对工作状态进行显示，接入的电阻R10-电阻R12对电路起到保护作用；

无线监控模块6包括排针J2、电阻R13、电容C7-电容C9，排针J2的脚1串接电容C7接地，排针J2的脚2串接电容C8接地，电容C8的输入端接+5V电源端，排针J2的脚3接地，电容C8的两端并接电容C9，电容C9的输入端接电阻R13接芯片U3的脚10，用以监控控制模块2的工作。

该冰柜等离子杀菌除臭装置的控制电路，通过电源模块1对输入的电源进行处理，处理后输出为控制模块2和无线监控模块6的工作供电，通过高压产生模块3的变压器T1升压作用产生高电压，高压放电电压为±12kv，场效应管Q1的基极串接电阻R6接的放电端子为放电针，高压在针尖凝聚，高压电离空气，产生正负离子；通过臭氧发生模块4的变压器T2升压作用产生高电压，高压放电电压为±12kv，场效应管Q2的基极串接电阻R8接的放电端子为放电针，在高电压下，空气中的氧分子被迫分离并重新组合，形成微量的臭氧，其中高压产生模块3一直持续导通产生高压放电，控制模块2控制臭氧发生模块4的场效应管Q2的导通电压以间隙性工作产生臭氧，当臭氧浓度超过0.1ppm，控制模块2控制臭氧发生模块4停止工作，当臭氧浓度低于0.1ppm，控制模块2控制臭氧发生模块4工作，正负离子在水蒸气的携带下，飘至细菌和臭氧分子周围，正负离子吸收细菌和臭气分子中的氢原子，并与自身结合，形成氢氧基，氢氧基在周围分子的作用下会与周围的氢原子再度结合，形成水分子；而细菌和臭气分子在失去氢原子之后会分解死亡，从而达到杀菌、除臭、保鲜的作用，而在过程中产生的微量臭氧，可以加速这一过程，在无毒无害的环境下，解决冰柜内的问题。

综上所述，本发明提出的冰柜等离子杀菌除臭装置的控制电路，通过电源模块1为控制模块2和无线监控模块6的工作供电；高压产生模块3的变压器T1将输入的宽电压升压后产生高电压，高压放电电压为±12kv，控制模块2控制场效应管Q1持续导通在放电针的针尖凝聚放电；臭氧发生模块4的变压器T2将输入宽电压升压后产生高电压，高压放电电压为±12kv，控制模块2控制场效应管Q2间隙性工作，放电针的针尖在高电压下放电，空气中的氧分子被迫分离并重新组合，形成微量的臭氧，当臭氧浓度超过0.1ppm，控制模块2控制臭氧发生模块4停止工作，当臭氧浓度低于0.1ppm，控制模块2控制臭氧发生模块4工作，正负离子在水蒸气的携带下，飘至细菌和臭氧分子周围，正负离子吸收细菌和臭气分子中的氢原子，并与自身结合，形成氢氧基，氢氧基在周围分子的作用下会与周围的氢原子再度结合，形成水分子，而细菌和臭气分子在失去氢原子之后会分解死亡，从而达到杀菌、除臭、保鲜的作用，而在过程中产生的微量臭氧，可以加速这一过程，在无毒无害的环境下，解决冰柜内的问题；整体杀菌效率高，无毒无害。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。