专利名称：氧离子发生管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空气电离技术，尤其涉及一种在净化空气装置中使用的空气电离技术。
背景技术：
现代文明的发展使城市的环境污染越来越严重，人们的生活质量的提高对清新自然的空气的需求也越来越高。现在，在都市楼宇中通过改善中央空调的功能来达到集尘、灭菌、除味等目的，模仿大自然空气净化的过程，减少通过空气传播的流行性疾病对人们健康的威胁。在大自然生态环境中的自净化功能是依靠空气中的正负离子(主要是氧离子)作用于在空气中的浮尘(可吸入颗粒)、浮游菌及有机挥发物(TVOC)等，将其带上双极异号电位，触使其分解或变异最后降落地面(大地为零电位)，实际上是一种氧化过程。在人工空气净化的领域中常常也是采用空气电离(人工电晕)的办法来达到集尘、灭菌、除味等目的。
在国内外在楼宇空气净化领域中的空气电离技术通常采用如下方式实现1、采用尖端放电原理使靠近尖端的空气电离，其正极一般用比较锐利的针尖(不锈钢针或经特殊加工的钨针)，负极形式有采用平板、多边孔及圆孔，由于其针尖端的几何形状很难保持一致，在高压下由于氧化的缘故很快就钝化，表面曲率的减小使电子脱离金属表面的势垒增大，要维持其持续的放电只能加高电压，保持其从负极流出的电流值，从而使针杆放电，过高的电压在尖端比较锐利时有会产生较多的臭氧与形成一氧化氮，这对人体的健康与设备的安全都有害，因此该方式现在在楼宇空气净化领域中很少有使用；2、采用导电纤维束端头以虚拟负极的方式放电，其是前一种方式的变形，一般用于负离子发生器；3、采用细圆金属裸线的大曲率表面对平板、多边形柱孔及圆柱孔的内表面进行放电，这是从锅炉静电集尘原理微缩演变而成的，其能有效地使空气中的漂浮尘埃带上电荷到达相对极性的集尘器上，在系统设计中，轴向气流离开电场后如有机械过滤装置也能起到良好的集尘效果。但是，尽管在线电场附近的离子浓度较大，因受电场负极的约束机制，其很难向室内空气中注入大量的正负离子；4、采用细圆金属裸线的大曲率表面对与其同心的网状圆弧面进行放电，当气流从网状圆弧面流经其与细圆金属裸线的等势场后携带正负离子进入室内空间，扩散在室内空间的正负离子能较好地达到净化空气地效果，而且由于其不需要加载任何集尘装置，替换原有的风口不会降低出口面风速，应此可以用于以风盘系统为主的单元中(参见本人专利申请号为200310108137.0的申请文件)。由于其分别产生的正负离子较难形成寿命较长的氧簇，因此限制了其在楼宇中央空调系统中变风量(新)机组中的使用，只能应用于使用风机盘管系统房间中，或风道支管出口处；5、采用沿面放电带正压引出装置的电离管是国外在楼宇空气净化系统中的主流产品，其采用交流高压的方式能够在一个电场上交替产生正负离子，其主要的放电机制是金属薄片上冲制的密集圆孔产生边缘放电，外置的钢丝网套加载一定的电压作为离子引出机构，沿径向空间作发散状态，该系统采用高频交流高压的供电方式一般工作在AC 2500V-2750V左右，频率在28-32KHz范围中，距电离管5cm处，其交替产生的正负离子的浓度在2-3×106/CM3。对比于国内的一些装置，其在工作电压方面已经远远低于上述结构(1-4)的电场系统，能在同一电场上交替产生正负离子，并扩散到空间中能够比较容易形成氧簇，这对于楼宇净化有非常积极的意义。但是，这对于在室内空气质量较差的楼宇环境中不能在较短的时间中起到空气净化的效果，如果将高电压调制接近3000V时，将会产生较大的臭氧。
在前面介绍一般结构的电场，如(1-3)在较低能态的状态下，很难做到向室内空气注入大量的离子，是由于其在较低电压下无法使气体电离，由于负极的收敛作用，即便有离子产生也很难逃逸负极对其的吸引力，因此，在国内空气净化器在设计和实践中较多的是采用静电集尘的原理，但是当通风系统一旦形成，在其中加载任何用于集尘的过滤装置都会影响系统风速与风压，所以用上述原理来达到解决安装有中央空调的楼宇中净化空气的目的是比较困难的。
综上所述，在楼宇空气净化系统中采用电离技术提高室内空气品质的同时，常常会带来一些负面影响如在电离过程中臭氧与一氧化氮的增加，会影响人体健康与设备的安全；如果增加风道阻力或降低风口面风速，会破坏原有中央空气调节系统(HVAQ)对楼宇的送风要求；空气电离时的高频电源对电网会带来一些影响；在空气电离过程中，不能在较短的时间中起到空气净化的效果等。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的氧离子发生管，可以在短时间内提高氧离子的浓度，在电离过程中能将臭氧与一氧化氮等某种单级性离子降至最小。
本发明的目的另一目的是提供一种可以使用较低交流电压的新型的氧离子发生管，在氧离子发生管工作时不会影响电网正常运行。
一种氧离子发生管，包括一中空绝缘圆管，一对放电线圈以及一个感应线圈，其特征在于，所述放电线圈由两根平行等距地盘绕在所述中空绝缘圆管外壁的金属线构成，所述感应线圈由一根金属线沿所述绝缘圆管的内壁盘绕构成，且与所述中空绝缘圆管外壁上所述放电线圈中的一根金属线并联。
所述的氧离子发生管，其特征在于，所述中空绝缘圆管由工业玻璃或陶瓷材料制成。
所述的氧离子发生管，其特征在于，在所述中空绝缘圆管的外壁上平行等距设有两条用于放置两根的金属线的螺旋槽。
所述的氧离子发生管，其特征在于，所述金属线是金属裸线或窄金属裸带。
所述的氧离子发生管，其特征在于，所述金属线是金属裸线和窄金属裸带。
所述的氧离子发生管，其特征在于，所述感应线圈金属线与中空绝缘圆管外壁上一根金属线并联接电源负极，所述中空绝缘圆管外壁上另一根金属线接电源正极。
本发明所述的氧离子发生管的工作原理是，在氧离子发生管接入交流高压电源后，在中空绝缘圆管外壁上盘绕的一对放电线圈金属线之间与放置在中空绝缘圆管内壁的感应线圈之间形成电压差，在一定的电压作用下，中空绝缘圆管外壁上的一对放电线圈金属线两极(线)间的气体被电离，在两极间被电离气体放电时在金属线间形成磁感应电流，该磁感应电流将切割盘绕在中空绝缘圆管内壁的感应线圈，在感应线圈的金属线中将产生感应电流，在感应电流流至接地极的过程中，其将形成一个交变磁场，当盘绕在中空绝缘圆管内壁的感应线圈处于较为稀疏的状态下，中空绝缘圆管内感应线圈在径向的磁力线不被抵消，反而能影响在金属线放电的正负极中运动的正负离子改变在磁场中的运行方向，使其呈发散状，向空间发散，较快达到增加空气中带电离子的浓度，正负氧离子扩散到空间里与小颗粒尘埃、气溶胶及病菌等有害物质结合，使其形成较大颗粒的双极分子团，迅速沉降到地，获得室内空气品质的优化。
本发明提供的氧离子发生管与现有装置相比，由于利用电离过程中产生的磁感应电流感应另一金属线，使其产生的另一交变磁场，反作用于在正负极中运行的正负离子，改变其带电离子在磁场中的运行方向，使其呈发散状，向空间发散，能较快达到增加空气中带电离子的浓度，达到空气净化的目的。
本发明提供的氧离子发生管由于采用较低交流电压，在电离过程中能将臭氧与一氧化氮等某种单级性离子降至最小，不会带来副作用；在使用过程中不会对电网造成影响。
本发明提供的氧离子发生管，不需要在出风口增加其他任何设备，不会影响通风率。
本发明提供的氧离子发生管的工作原理，将结合附图作进一步阐述。
附图简述
图1是本发明的氧离子发生管结构剖面示意图。
图2a是本发明的氧离子发生管工作时交变磁场的示意图。
图2b是图2a中K点的放大示意图。
图3是本发明的氧离子发生管中磁场对离子扩散的影响示意图。
具体实施例方式
参看图1，本发明的氧离子发生管，包括中空绝缘圆管1，一对放电线圈金属线2和金属线3平行等距地盘绕在中空绝缘圆管外壁上，导程为2t(裸距)；感应线圈金属线4沿中空绝缘圆管1的内壁盘绕；金属线2接在电源的正极上，金属线3与金属线4的一端并联后接地。
本发明的氧离子发生管的工作原理如图2所示，当金属线2接入交流高压电源后，金属线3和金属线4接地，金属线2上的正电压与金属线3之间形成电压差，在一定的电压下促使在金属线2和金属线3之间的气体电离，由于在金属线2和金属线3形成的两极(线)间气体电离，也就形成了磁感应电流，如图2中所示I为电流(离子运动)方向。磁感应电流将正负离子从正极推向负极。气体电离产生的磁感应电流产生交变的磁场，该交变磁场还将感应放置在中空绝缘圆管内的金属线4，在金属线4中产生的感应电流在流至接地极的过程中，将形成另一个交变磁场，当金属线4处于较为稀疏的状态下，金属线4在径向的磁力线不被抵消，而能影响在正负极间运行的正负离子，会改变带电离子在磁场中的运行方向，如图2中B为垂直于纸面的磁场分力，F为离子受到磁场力作用下的运行轨迹，其呈发散状。当空间存在磁场时，离子的运动不是简单的在正负极中近似直线的到达与其极性相反的一极，离子本身作为带电粒子，在磁场中带电粒子的运动如切割磁力线运动时，其会受到与运动方向(电流方向)和与磁力线法向夹角垂直的力，因此，此时的离子不再作直线运动，而是作圆周运动。以下是由于磁场引起的扩散过程的简单推导。
如图3所示，假定磁场垂直纸面向外，那么在垂直方向从左面穿过面积元dA的离子是从拉摩半径rL的下面一个圆上某处碰撞而来的；从右面穿过面积元dA的粒子则是从上面一个圆上碰撞而来的。如果沿任一路程从dA导碰撞点的距离为S，则从左面来的通量为 式1-1从右面来的通量为 式1-2
其中S上和S下分别是下圆和上圆的轨道长度。
假定n只在x方向有变化，则有泰勒级数展开n(x)，并保留到第二级，可得 式1-3利用图示得角度坐标，得S下＝rLθ下，S上＝rLθ上，X下＝-rLsinθ下，X上＝-rLsinθ上，式1-4其中rL是拉摩半径。因为θ是不分上下的，只是一个弧度角，所以把式1-4代入式1-3得Γr=v←6λdndx{∫0∞(-rLsinθ)rLe-(-rL/λ)θ}dθ-]]>∫0∞(rLsinθ)rLe-rL/λθdθ},]]>于是Γ⊥=-λv311+(λrL)2dndx,]]>按照扩散系数得定义Γ=-Ddndx,]]>我们得到新的扩散系数为D⊥=λv←311+(λrL)2,]]>这就是带电粒子横越磁场的扩散系数。已知无磁场时的扩散系数D0=13λv→,]]>所以D⊥=11+(λrL)2D0,]]>因为rLωe=v←,]]>ωe为回旋频率，两次碰撞间的平均时间间隔τ=λ/v←,]]>所以D⊥=D01+(λ/rL)2,]]>
当B＝0时，rL→∞，所以D⊥→D0。在气体放电中的一般情况下λ/rL＞＞1，所以D⊥≈D0rL2λ2=λv←3λ2(mv→qB)2=m2v2→3λq2B2,]]>可见D⊥∝1B2.]]>由于V→=8kTπm,]]>所以D⊥∝mλB2(kT)3/2;]]>对于同在室温及平均自由程，由于离子质量远比电子质量大的多，故离子的扩散系数远比电子横越磁场的扩散系数，即Di＞＞De，这是因为横越磁场的扩散是每次碰撞后粒子拉摩圆中心位置的无规改变的结果，这个偏移量的数量级与拉摩半径相同，由于离子的拉摩半径大，所以它扩散得快。
本发明的氧离子发生管只需要工作在较低的电压范围，这是因为空气中各种气体分子其所拥有的电子层数与最外层电子数确定了其在电场获得激励、电离的能态级别，如下表(摘自15031.519P15表1.6)所示
1[eV]＝1.6×10-19[J]＝1.6×10-12[erg]从分予结构上看，由于氧分子与其它气体分子相比具有较多的电予层数，且其最外层的二个电子为二个原子核共有并且不满足最外层的电子数，因此其最容易被电离，成为氧离子O2+或O2-；如果氧分子在电场里获得更高的能量，便非常容易成为氧原子，单个氧原子十分活跃，很容易形成臭氧、一氧化氮及碳氧化合物。
因此必须考虑离子发生器对被电离气体只能施以较低的激发能量，使被电离气体中以氧分子为主进行电离，这就是我们在电场设计中以较低的电压运行的原因。
通过以上阐述，本发明提供的氧离子发生器，能够满足最先设定的低能态激发氧分子为氧离子，并能通过其自藕电感产生交变磁场使在电场中的氧离子向空间发散，通过实施例证明其效果如下(1)电压运行在较低的电压区间，使臭氧与一氧化氮的产生的几率大幅降低。实验证明，上述结构的离子管能激励气体产生离子的门限电压很底，在AC800-900V便可获得数量级106/cm3的正负离子浓度；(2)实际运行在AC1500-2000V区间时，其臭氧的对本底增量小于0.015ppm，这说明工作在较低的能态区间，离子管激励气体粒子产生电离以氧气分子为主；(3)在离子管外产生较高浓度的正负氧离子。与国际上用于室内空气净化的电离管相比较，在直径为其50％的条件下，工作电压为其65％时，距外表面同等距离下的离子浓度要高5-10倍。
综上所述，本文所提出的氧离子管能够避免在前面所提及到静电离子装置的一些不足之处，从而可以应用于楼宇内部空气净化及楼宇污气排放的环境治理等方面。
权利要求
1.一种氧离子发生管，包括一中空绝缘圆管，一对放电线圈以及一个感应线圈，其特征在于，所述放电线圈由两根平行等距地盘绕在所述中空绝缘圆管外壁的金属线构成，所述感应线圈由一根金属线沿所述中空绝缘圆管的内壁盘绕构成，且与所述中空绝缘圆管外壁上所述放电线圈中的一根金属线并联。
2.如权利要求1所述的氧离子发生管，其特征在于，所述中空绝缘圆管由工业玻璃或陶瓷材料制成。
3.如权利要求1所述的氧离子发生管，其特征在于，在所述中空绝缘圆管的外壁上平行等距设有两条用于放置两根的金属线的螺旋槽。
4.如权利要求1所述的氧离子发生管，其特征在于，所述金属线是金属裸线或窄金属裸带。
5.如权利要求4所述的氧离子发生管，其特征在于，所述金属线是由金属裸线和窄金属裸带。
6.如权利要求1所述的氧离子发生管，其特征在于，所述感应线圈金属线与中空绝缘圆管外壁上一根金属线并联接电源负极，所述中空绝缘圆管外壁上另一根金属线接电源正极。
全文摘要
本发明提供一种新型的氧离子发生管，包括一中空绝缘圆管，一对放电线圈以及一个感应线圈，可以使用较低交流电压工作，在短时间内提高氧离子的浓度，在电离过程中能将臭氧与一氧化氮等某种单级性离子的降至最小，在氧离子发生管工作时不会影响电网正常运行。
文档编号C01B13/11GK1727277SQ200410053258
公开日2006年2月1日 申请日期2004年7月29日 优先权日2004年7月29日
发明者倪嘉仁, 孙伟忠 申请人:倪嘉仁, 孙伟忠