装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室的制作方法

专利名称：装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室的制作方法
技术领域：
本发明属于空气消毒净化技术领域，具体涉及装有非热等离子体空气消毒净化器 的洁净室。
背景技术：
洁净室(Clean Room)是将室内空气中的微尘粒子、有毒有害气体、细菌病毒污染 物减少到规定指标以下，并将室内的温湿度、静电控制、电磁干扰、噪音及照明按需求设计 的房间。我国在2001年11月最新发布了《洁净厂房设计规范》(GB50073-2001)，新定义了 Class 5 Class 1级的五种洁净室。现有的洁净室主要包括一洁净空间、风机过滤机组和 组合式净化空调器。工作时，由组合式净化空调器调温后的空气进入风机过滤机组上方的 负压空间，经过风机过滤机组过滤后进入洁净空间，最后由回风通道排出进入大气，从而形 成一个空气循环。工业洁净室以无生命的微粒作为控制对象，主要控制无生命微粒对工作对象的污 染，内部一般保持正压。它适用于精密工业、电子工业、宇航工业、原子能工业、印刷工业、照 相工业等部门。生物洁净室以有生命的微粒为控制对象，主要控制有生命微粒的污染。同时内部 材料要经受各种灭菌剂侵蚀，内部一般保持正压。可用于制药工业、食品工业、医疗设施、实 验设施等。市场上常见的半导体厂、制药厂、食品厂和医院手术室等洁净室的空气消毒净化 单元主要有过滤吸附型、电子静电吸附型、臭氧消毒型、紫外线消毒型、光催化净化等几种。过滤吸附型是目前极大多数洁净室选用的空气消毒净化单元，常见的有高效空气 过滤器、FFU，采用多孔性过滤材料，如无纺布、滤纸、纤维、泡沫棉和HEPA高密度空气滤材 等，利用物体表面间存在的范德华力，吸附随空气流中的悬浮颗粒污染物、有害气体，实现 净化目的。其缺点是只能滤除灰尘，不能彻底消毒；驱动风机噪音当然也大。它只适用于工 业洁净室。问题在于FFU过滤阻力随尘埃颗粒物的积累而增大，容尘量减少，净化效率随之 下降。如果不及时清理或更换，会造成二次污染。FFU空气过滤单元的能耗大，维护费用昂 贵已被业内专家认定是不争的事实。电子静电吸附型通过电极的静电放电，借助库仑力的作用，将颗粒物从气流中分 离出来，达到净化空气目的。它清除粉尘有效，但杀菌、去除甲醛等有害气体效果差。臭氧消毒型是利用臭氧的不稳定特性和强氧化作用杀菌消毒的。臭氧是一种强氧 化剂，不宜在有易燃、易爆气体直接接触的场所，也不能集尘。臭氧一旦泄漏，对人体呼吸道 造成伤害。紫外线消毒型采用波长253. 7nm的紫外线杀灭细菌、病毒等微生物。它清除粉尘 无效；紫外线属于不可见光，容易泄漏，对人体眼睛、皮肤会造成伤害。光催化净化是光催化剂TiO2在387. 5nm波长的紫外光线的照射下，使空气分子产 生具有强氧化能力的空穴，即表面羟基化，其能量相当于15000K的高温，可以直接杀灭细菌，分解有机物为CO2和H2O等无毒无害无机物。它清除粉尘无效，不适用于工业洁净室；再 是光催化反应是受光照强度、空气流量的制约，TiO2自身的失活现象是光催化净化效率降 低的根本原因；而且光照的紫外线容易泄漏，同样存在对人体皮肤、眼睛的伤害问题。例如申请号为200510094009. 4,申请日:2005. 8. 22，发明名称《洁净室的空气 调节、净化系统》公开的技术方案是洁净室的空气调节、净化系统，在洁净室与其下面的下 夹层间利用带孔的活动地板隔开，洁净室的上面为静压箱层，在洁净室与静压箱层间布置 高效过滤器，洁净室的两侧为回风夹道，新风由新风空调机组送入回风夹道与回风混合后 进入静压箱层，在静压箱层内的自循环风机的作用下，经过高效过滤器进入洁净室内，在洁 净室内形成由上而下的垂直层流，再穿过活动地板上的孔进入下夹层内，然后再从下夹层 作为回风进入两侧的回风夹道内，与新进入的新风混合后再进入静压箱层内，循环往复，其 特征是在洁净室上面的静压箱层内安装若干台自循环风机，每台自循环风机依次设有中 效过滤段、表冷段、风机段及出风段，其中，中效过滤段用于对循环风进行初步净化处理，表 冷段用于调节循环风的温度，风机段用于对循环风进行增压，出风段利用管道将处理后的 风分配给多个高效送风口，然后，经过高效过滤器进入洁净室。不难看出，上述发明中每台自循环风机的风道依次通过额定风量下初阻力SOPa 的中效过滤段、表冷段，然后，经过额定风量下初阻力200--280Pa的高效过滤器进入洁净 室，其总风阻力之大是可想而知。有的厂家也设计过等离子体空气消毒净化器的，但多因反应器设计不合理，构成 反应器放电正极选用的细金属丝所产生等离子体浓度虽然高，但是容易被烧断。为此，现有 技术的放电正电极重新改用不锈钢制成锯齿状或尖针状结构。虽然锯齿状或尖针状不容易 被烧断，但是它们处于的尖端放电状态，形成的放电流注，在暗室中可以看到正电极与负电 极之间有一条细线紫蓝光一这是空气中放电不均勻现象。在紫蓝光线附近等离子体浓度 高，空气中的氧气和氮气容易被激活，生成臭氧及氮氧化物等不利因素；而离开紫蓝光线稍 远处的等离子体浓度低，空气消毒净化效果就差。这类反应器的消毒效果受臭氧及氮氧化 物浓度的制约，这也是目前专业技术人员感到最棘手的难题。还有一个严重缺陷是工作不 到几个月，锯齿状或尖针状的放电尖端因溅射效应而变钝。由于正电极的曲率半径越大，起 晕电压越高，放电电流随之减小，空气消毒净化效率当然会降低。这种衰退现象潜移默化， 等离子体浓度降低不容易被发现；反应器表面上虽然还在工作，却形同虚设。这在医院手术 室、重症病房中使用就会因消毒不合格而发生细菌病毒感染事故，导致手术治疗的失败。例如中国发明专利申请号为200710038821. 4，发明名称《拼装积木式窄间距静电 场装置》就是一个明显例子。该说明书首页就提出“细线容易断线的缺陷极大地影响了装 置的可靠性。”在该发明的技术方案中提出一种拼装积木式窄间距静电场装置，包括放电 极(放电极即为正极)、收尘极(收电极即为负极)和绝缘子，放电极与收尘极间隔平行排 列，放电极两端连接放电极连接件，放电极的下部为锯齿状，放电极的上部为管状，锯齿状 放电极与收尘极形成收尘区，收尘极两端连接收电极连接件，放电极连接件和收电极连接 件分别连接在绝缘子上。该发明锯齿状放电极与收尘极制成静电场装置只能用于电子静电 吸附型空气净化，消毒效果差是不言而喻的。再一个原因就是目前配合等离子体反应器的电源对于呈容性负载的等离子体反 应器匹配不是很恰当。试验表明在大气压下要想使反应器作电晕放电产生高浓度等离子体以提高其杀菌消毒净化效率应具备两个条件。首先是外加高压电场只对空气中的电子施 加能量，在瞬间(nS级)增温、加速，获得动能，使质量很小的电子温度高达数万度，而其它 粒子获得极少低能量。另一个条件是外加电场对电子施加能量的时间(uS级)要远小于 不给电子施加能量的时间，使气体获得的能量能够及时传导出去，防止过渡到热等离子体 而降低效率。这就要求等离子体电源不但提供10-20KV的直流高压电外，还必需有高的占 空比，上升速率达到至少是120nS的高频窄脉冲电流。同时考虑到等离子体反应器是容性 负载，正、负电极长期工作又难免被意外短路，所有这些对于等离子体电源的安全性、稳定 性要求之苛刻是可想而知的。鉴于目前半导体功率开关器件的导通和关断时间是uS级，采 用常规的设计方法是很难满足上述两个条件的。nS级的耐高压大功率开关器件价格昂贵， 而且工作寿命短，设计在民用产品上是不切实际的。

发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种风阻小、能耗低、噪音 小、维护费用省、节能，空气消毒净化效果好又能调节温、湿度的装有非热等离子体空气消 毒净化器的洁净室。本发明的技术方案是装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室，包括空气净化单元、反应器电源、风 机、洁净室、控制器、回风地沟、空气过滤器、静压箱、回风弯管和格栅地板，空气净化单元装 在洁净室上部的静压箱内，组成气密环境，其特征在于所述的空气净化单元是等离子体反 应器，等离子体反应器内设有若干条镍铬金属丝或金属带在同一平面内按等距离平行排列 制成的正电极，正电极置于相邻两个负电极中间部位；正电极的两端是固定在阻止微放电 导电轨上对应的凹槽或凸部中，所述的阻止微放电导电轨是由铝棒或不锈钢条制成；阻止 微放电导电轨的两端再与正交设置在反应器四周的四根正电极金属支架固定，并作电连 通；每根正电极金属支架的上、下两端各设一个绝缘连接物与反应器外壳相对应的安装孔 固定；所述的反应器电源内设有EMC滤波器、整流电路、滤波电路、脉冲发生器、脉冲变压器 依次序作电连接，脉冲变压器的输出端外接等离子体反应器；所述的脉冲变压器输出低电 位端设有电流检测电路，将检测到的脉冲变压器输出电流信号送入脉冲发生器输入端，脉 冲发生器内设有的振荡器、误差放大器、PWM比较器及开关管；所述的脉冲变压器初级绕组 bl端接整流电路正输出端，脉冲变压器的al、a2是同名端，bl、b2是异名端，脉冲变压器与 脉冲发生器内的开关管是单端反激式逆变器设置的。优先地所述的静压箱进风口设有送风风机，送风风机的进风口设有初效过滤器和 中效空气过滤器；送风风机前端设有新风系统，新风系统从进风口起依次设有初效过滤器、 中效空气过滤器、新风风机、表冷器、加热器、加湿器，新风系统出风口与送风风机用管道气 密连通。优先地所述的脉冲变压器设有一个多槽绝缘线圈骨架，次级线圈是分三段至五段 绕制在多槽绝缘线圈骨架相对应的凹槽内串联而成；所述的初级线圈和次级线圈的内孔中 设有磁芯作电磁耦合，磁芯的磁回路中设有磁气隙；所述的磁芯最佳设计用铁基超微晶铁 心，也可以设置铁氧体磁心。优先地所述的洁净室与静压箱之间还设有阻尼层及均流板，使流向洁净室的空气流形成垂直单向流气幕；洁净室与回风地沟之间设有格栅地板，格栅地板上打有分布均勻 的回风孔；洁净室两边设有走廊。优先地所述的回风地沟出风口装有送风风机，送风风机出风口向上设有回风管与 新风系统连通，回风管中设有回风气间；送风风机出风口向室外设有排风管道，排风口通室 外，排风管道中设有排风气闸。优先地所述的EMC滤波器设有差模电感器LI和共模电感器L2两者串联，EMC滤 波器输入端并联电容器Cl，EMC滤波器输出端并联电容器C2。优先地所述的等离子体反应器是根据洁净室内的空气容量选用两个以上并列安 装；等离子体反应器外壳是与FFU相仿的可以直接替换更新。优先地所述的洁净室四周墙壁内设有与接地线连通的金属丝网，洁净室6走廊方 向墙面设有导电玻璃窗。本发明与现有技术相比具有以下的有益效果装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室内的空气净化单元是等离子体反应 器，等离子体反应器内设有若干条镍铬金属丝或金属带制成的正电极，正电极的两端是固 定在阻止微放电导电轨上对应的凹槽或凸部中，并作电连通。与现有技术相比，其微放电效 应基本可以忽略，克服了“细线容易断线的缺陷”。这样，使正电极的每根镍铬丝或金属带在 直流强电场中作稳定的电晕放电，获得高浓度等离子体。纠正了宁可牺牲消毒净化效果，摒 弃细金属丝的正电极而选用锯齿状放电极或针尖状电离极以换取消毒净化器的可靠性和 工作寿命的技术偏见。反应器电源内的脉冲变压器输出低电位端设有电流检测电路，将检测到的脉冲变 压器输出电流信号送入脉冲发生器输入端，脉冲发生器内设有的振荡器、误差放大器、PWM 比较器及开关管；等离子体反应器的工作电流随着负载大小变化，调节开关管输出脉冲宽 度，实现自动控制输出功率；脉冲变压器与脉冲发生器内的开关管是单端反激式逆变器设 置的。获得意想不到的有益效果是反激式逆变器输出的脉冲电流是脉冲发生器在关断时 使存储在脉冲变压器初级绕组内的磁能瞬间释放，本发明获得脉冲上升时间SOnS的高压 电晕放电电流；再是当等离子体反应器的正、负电极意外短路，由于反激式逆变器的隔离作 用，即脉冲发生器关闭时脉冲变压器的次级才导通输出，因而脉冲电源的开关管工作是安 全的，开关管可以选用普通高反压功率晶体管替代价格昂贵、工作寿命短的超高速大功率 开关器件。关键是反应器电源对于呈容性负载的等离子体反应器匹配问题。试验表明在大 气压下要想使反应器作电晕放电产生高浓度等离子体以提高其杀菌消毒净化效率应具备 两个条件。首先是外加高压电场只对空气中的电子施加能量，在瞬间(nS级)增温、加速， 获得动能，使质量很小的电子温度高达一万度以上，而其它粒子获得极低能量。另一个条件 是外加电场对电子施加能量的时间(uS级)要远小于不给电子施加能量的时间，使气体获 得的能量能够及时传导出去，防止过渡到热等离子体而降低效率。这就要求等离子体电源 不但提供10-20KV的直流高压电外，还必需有高的占空比，上升时间是SOnS的高频窄脉冲 电流是最佳的技术。单端反激式逆变器的磁能瞬间释放效应满足了反应器电源对于呈容性 负载的等离子体反应器匹配问题。本发明工作时还具有以下三个优点
首先是由于反应器的电晕放电是沿着丝状或带状正电极四周，产生等离子体均 勻、密度高；避免了锯齿状放电极或针尖状电离极的尖端截面小，放电集中在尖端处形成流 注线状，导致放电不均勻、消毒净化效率低的弊端。脉冲电源的窄脉冲电压幅值设计比电子 静电吸附型的高20%以上，也不容易过渡到火花放电；可提供的活性粒子比直流放电法也 要高出几个数量级。其次是在窄脉冲前沿快速上升电场中，非热等离子体反应器内电晕区域大，放电 空间的电子密度也增高，在反应器内的空间电荷效应分布趋于均勻，因而活性空间也比交 直流叠加电源放电法要大。本发明具有广谱杀菌效果对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草杆菌、白念株菌、霉 菌及支原体、乙肝、流感等病毒均有高效的杀灭率。同时具有除尘、去血腥、去异味、降解甲 醛、烟雾和TVOC等有机废气的功能。再是正电极置于相邻两个负电极中间部位，在库仑力 的作下，小至0. Olum粒径的可吸入颗粒物被吸附去除，消毒净化效果全面。经实测在20m2密封房间空气中人工喷染的白色葡萄球菌，本发明工作30min后 的平均杀灭率为99. 98%，工作60min的杀灭率可高达100%。甲醛降解率98. 7%，悬浮粒 子数彡350个/L(Φ彡0. 5 μ m)，空气中留存臭氧量彡0. 05mg/m3。节能是显而易见的本发明在IOOm3室内达到医院II类环境消毒标准的反应器消 耗功率为7-8W，风阻小于10Pa。达到同样效果的紫外线或臭氧的空气消毒净化器能耗至 少为160W;而高效空气过滤器、FFU的风阻大，能耗更大。本发明的空气净化单元定期清洗 保养，可以反复使用，直至正电极耗尽为止。本发明使用范围是工业洁净室和生物洁净室。总的说来，本发明设计的新型空气净化消毒器取代高效空气过滤器、FFU，风阻减 少一半、能耗低、噪音小；产生等离子体浓度高、净化消毒效果全面。本发明的设计结构简 单，维护费用省、成本低廉、节能。


图1是本发明装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室结构示意图；图2是本发明另一种实施例设有新风系统洁净室的结构示意图；图3是本发明的等离子体反应器立体结构图；图4是本发明的反应器电源电原理图；图5是本发明的脉冲变压器结构示意图；图6是本发明的脉冲变压器电路图；图7是本发明的反应器电源输出的电流波形图；图8是本发明的电磁兼容、传导干扰测试报告。主要部件附图标记说明ι-空气净化单元2-反应器电源3-风机
4-初效过滤器5-新风系统6-洁净室
7-控制器8-回风地沟9-中效空气过滤器
11-静压箱12--回风弯管13--走廊
14-格栅地板15-_回风孔16--排风管道
17-回风管18--回风气闸19--排风气闸
20-排风口21-阻尼层22-均流板
23-表冷器24-加热器25-加湿器
50-导电玻璃窗101-正电极102-_负电极
103--阻止微放电导电轨104-正电极金属支架105--绝缘连接物
108--反应器外壳201-EMC滤波器202--整流电路
203--滤波电路204-脉冲发生器205--脉冲变压器
206--电流检测电路212-多槽绝缘线圈骨架214--初级线圈
215--次级线圈216-磁芯218--磁气隙
具体实施例方式下面参照附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。实施例1 参照图1，装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室结构示意图；图3是本发明 的等离子体反应器立体结构图。图1中，装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室，包括空气净化单元1、反应 器电源2、风机3、洁净室6、控制器7、回风地沟8、空气过滤器9、静压箱11、回风弯管12和 格栅地板14，空气净化单元1和反应器电源2装在洁净室6上部的静压箱11内，组成气密 环境。风机3和回风弯管12之间设有表冷器23和加热器24。回风弯管12内壁设有吸音 材料，洁净室6的内墙还设有导电玻璃窗50。控制器7是装在洁净室6的墙壁上，控制器 7内设有控制程序的单片机、面板设有温度传感器、时间、温度数字显示器和控制键，用于设 定消毒净化时间及室内温度。控制器7的输出端与反应器电源2、表冷器23和加热器24的 电源控制系统相连接。图3所示空气净化单元1是等离子体反应器，等离子体反应器内设有若干条镍铬 金属丝或金属带在同一平面内按等距离平行排列制成正电极101，正电极101置于相邻两 个负电极102中间部位。正电极101的两端是固定在阻止微放电导电轨103上对应的凹槽 或凸部中，阻止微放电导电轨103是由铝棒或不锈钢条制成；阻止微放电导电轨103的两端 再与正交设置在反应器四周的四根正电极金属支架104固定，并作电连通。每根正电极金 属支架104的上、下两端各设一个绝缘连接物105与反应器外壳108相对应的安装孔固定。 负电极102的上、下两端是直接固定在金属制成的反应器外壳108上，并作电连通。本发明所设置的正电极101是由若干条镍铬金属丝或镍铬金属带设在同一平面 内，共计η组(η为40以下整数)；负电极102是金属板为η+1块；反应器外壳108左右两 侧金属板也兼作负电极102的两块极板。负电极102是铝板或不锈钢板制成，厚度设计为 0. 8-1. 5mm。正电极101选用高电阻电热合金的镍铬金属丝或镍铬金属带；镍铬金属丝直 径最佳值是0. 15至0. 20mm，或镍铬金属带最佳宽度是2mm，厚度是0. 08—0. 10mm。正电极 101和负电极102按气流方向平行设置，风阻小、消毒均勻。正电极101的两端是固定在阻 止微放电导电轨103上对应的凹槽内，另一种技术方案正电极101的两端是固定在阻止微 放电导电轨103上对应的凸部中，凸部是设计成梢钉或弹性不锈钢片。如果是凸梢替代凹 槽，对于固定镍铬金属丝尚可，固定镍铬金属带会出现歪斜弊端。发明人设计过用弹簧、不 锈钢片替代阻止微放电导电轨103上对应位置的凹槽部位固定镍铬金属丝、镍铬金属带，均出现上述缺陷；特别严重的是当风机开启，由于弹簧、不锈钢片存在弹性的不稳定性导致 镍铬金属丝、金属带晃动更甚，严重时正电极101工作打火，影响等离子体反应器放电稳定 性在所难免。阻止微放电导电轨103的两端设有Φ4. Imm圆孔，再与正交设置在反应器四 周的四根Φ4πιπι圆柱体正电极金属支架104固定，并作电连通。每根正电极金属支架104 的上、下两端各设一个绝缘连接物105与反应器外壳108相对应的安装孔固定，由绝缘连接 柱固定栓106把绝缘连接物105紧固在反应器外壳108上。本发明所设计的正电极金属支 架104外缘设有内孔径4. Imm的阻止微放电导电轨固定圈107，等距离隔开相邻的阻止微放 电导电轨103，固定圈的长度按减小同极性电磁场相互屏蔽作用的要求设定。本例导电轨固 定圈107设计为18—25_。图4是本发明的反应器电源电原理图。反应器电源2内设有EMC滤波器201、整流 电路202、滤波电路203、脉冲发生器204、脉冲变压器205依次序作电连接，脉冲变压器205 的输出端外接等离子体反应器。脉冲发生器204内设有的振荡器、误差放大器、PWM比较器 及开关管，所述的振荡器、误差放大器和PWM比较器是制成一个模块；开关管D极接脉冲变 压器205初级绕组al端，开关管S极接整流电路202负输出端，开关管控制极C与电流检 测电路206内的光耦电路IC2输出端4连接。另一种方案是三端开关电源ICl包括T0P225 或T0P224制成，其中T0P225或T0P224的D极与脉冲变压器al端连接，C极接光耦IC2输 入端，S极接整流电路202的负输出端。电路结构简单，可靠性及技术指标稍差。也可以是 用性能更好的单片五端开关电源ICl包括MC33374制成，它的5脚与T0P224的D极对应， 1、2脚与T0P224的C极对应，4脚与T0P224的S极对应。设计时选用输出功率更大的单片 开关电源安全性能会好些，制造成本相应增多。所述的光耦IC2的型号是PC817或P721，互 换时四只功能引脚对应连接。等离子体反应器的工作电流随着负载大小变化，电流检测电路206输出成正比的 控制电流送至ICl的C极，经ICl内的振荡器、误差放大器、PWM比较器作数字控制调节开关 管输出脉冲宽度，实现自动控制输出功率。脉冲变压器205初级绕组bl端接整流电路202 正输出端，脉冲变压器205的al、a2是同名端，bl、b2是异名端，脉冲变压器205与集成电 路ICl内的开关管是单端反激式逆变器设置的。脉冲变压器205输出低电位端设有电流检测电路206，内设有光耦IC2，光耦IC2 的输入端1脚接地，光耦IC2输入端2脚与脉冲变压器205的次级线圈异名端b2连接。脉 冲变压器205的次级设有辅助绕组，一端接地，另一端极整流二极管D7正极；光耦IC2输出 端3脚接整流二极管D7的负极，光耦IC2的4脚是输出端。取样电阻R2并联在光耦IC2 的输入端。流经取样电阻R2上是脉冲变压器205送至等离子体反应器的工作电流，由光耦 IC2光电转换作电隔离后，将等离子体反应器的工作信号电流送至ICl内的误差放大器和 PWM比较器。当等离子体反应器工作时被损坏、老化、短路时的异常状态信号电流经过光耦 IC2转换成光信号，进行光电隔离后再还原成电信号送至ICl处理，使PWM比较器输出的脉 宽为零，ICl内开关管被关闭，实现自动保护。本发明空气净化单元是等离子体反应器及反应器电源，杀毒因子是等离子体。消 毒净化机理是等离子体是由大量正、负带电粒子和中性粒子组成的、并表现出集体电场作 用的、电荷整体呈准中性的气体云。等离子体对细菌细胞膜构成严重击穿和破坏；再是它 能打开气体分子键，生成单原子分子、负氧离子、.OH离子和自由氧原子、H2O2等自由基，具有极强的活化和氧化能力。它对细菌、病毒具有很强的杀伤力。它还能分解甲醛、苯、氡、氨 气、一氧化碳、烟气、TVOC等高分子有毒有机物，转化成低分子无毒无味的无机物，如炭、水 等。等离子体反应器含静电场，能吸附小至0. Olum粒径的颗粒物，进一步净化空气。对于不同粒径的颗粒状污染物，采用新设计的等离子体反应器，实测单级净化率 η ！可达74%以上，将多只组合，则总净化率η @可用下式表示
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总=Σ (1- IJ1) i=l式中= Jl1为单级净化率n为组合的级数新设计采用4级组合，0. 1 ΙΟμπι范围内的颗粒状污染物净化率至少可达 99.8%。等离子体反应器的关键技术在于等离子体电晕放电场均勻性。等离子体反应器优 化设计对0. 3 μ m以上空气粒子捕集率高达99. 97%以上，可以与FFU相媲美。实施例2 图2是另一种实施例设有新风系统洁净室的结构示意图。装有非热等离子体空气 消毒净化器的洁净室设有新风系统5。空气净化单元1、反应器电源2和控制器7安装在静 压箱11内。空气净化单元1是根据洁净室的体积和洁净度要求设置2个以上，用高压线26 将所有等离子体反应器的正电极连接在一起。所述的静压箱11进风口设有送风风机3b，送 风风机3b的进风口设有中效空气过滤器9和初效过滤器4 ；初效过滤器4前端设有新风系 统5，新风系统5从进风口起依次设有初效过滤器4、中效空气过滤器9、新风风机3a、表冷 器23、加热器24、加湿器25，新风系统5出风口与送风风机3b用管道气密安装后再与回风 管17连通。表冷器23、加热器24、加湿器25的电源控制端与控制器7输出端连接，按控制 器7内设置的程序控制使洁净室6内的温湿度合适。所述的洁净室6与静压箱11之间还设有阻尼层21及均流板22，使流经洁净室6 的气流形成垂直单向流气幕；洁净室6与回风地沟8之间设有格栅地板14，格栅地板14上 打有分布均勻的回风孔15 ；洁净室6两边设有走廊13。回风地沟8出风口装有送风风机3c，送风风机3c出风口向上设有回风管17与新 风系统5连通，回风管17中设有回风气闸18。送风风机3c出风口向室外设有排风管道16， 排风口 20通室外，排风管道16中设有排风气闸19。回风气闸18和排风气闸19是根据洁 净室6温湿度和洁净度要求按比例开启或关闭的。本例洁净室6的温度控制范围20-26°C， 相对湿度40-60%，洁净度可以达到100级。实施例3 图5是本发明的脉冲变压器结构示意图；图6是本发明的脉冲变压器电路图。装 有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室特别设计的脉冲变压器205设有一个多槽绝缘 线圈骨架212，次级线圈215是分三段至五段绕制在多槽绝缘线圈骨架212相对应的凹槽 内串联而成；所述的初级线圈214和次级线圈215的内孔中设有磁芯216作电磁耦合，磁芯 216的磁回路中设有磁气隙218 ；所述的磁芯216最佳设计用铁基超微晶铁心，也可以设置 铁氧体磁心。次级线圈215的正输出端设有高压导线213与空气净化单元1的等离子体反 应器的正电极连接，次级线圈215的负输出端与等离子体反应器的负电极连接后，再与接
11地线连通。脉冲变压器205(即Bi)的初级线圈214与次级线圈215是反向设置的。次级线 圈215是分段绕制的每个线包的上端各设有一个高压快恢复二极管217。高压快恢复二极 管217的正极接在低电位线包的末端，高压快恢复二极管217的负极接在高电位线包的起 始端。高压快恢复二极管217将次级线圈215每个线包作高频隔离，绕组的分布电容是按 指数下降，有利于提高输出脉冲的上升沿和下降沿的速率；还可以降低对高压快恢复二极 管217的反向耐电压要求，既降低成本、又增加工作可靠性，获得意想不到的效果。一般地说，线圈分三段绕制的绕组分布电容是原来的九分之一左右，线圈分五段 绕制的绕组分布电容是原来的二十五分之一左右。高压快恢复二极管217的耐电压参数至 少是12KV，恢复时间小于80nS。磁芯216是铁基超微晶铁心，磁回路中设有磁气隙218，磁 气隙218的设置宽度是0. 15-0. 4mm,是根据工作频率和输出功率予以调整；最佳实施例工 作频率38KHz，输出功率7W，磁气隙218设置宽度是0. 25mm。所述的磁芯216也可以是R2KD 的铁氧体磁心材料制成。只是软磁铁氧体磁芯的工作磁通密度不高、磁导率偏低，绕组线圈 需要增加一倍左右才能达到原来的电感量，这当然会使脉冲变压器205的输出效率、脉冲 上升速率指标不如铁基超微晶铁心优越。滤波电路203内设电容器C3与整流电路202直流输出端并联。整流电路202是 由二极管Dl、D2、D3和D4按桥式整流电路连接。本发明反应器电源的L、N输入端设有电 源联接器Jl，L相线串联保险丝Fl。本发明反应器电源2工作原理当脉冲发生器204中的开关管被PWM脉冲激励而 导通时，次级高压快恢复二极管217因反向而截止；整流电路202直流输出电压施加到脉冲 变压器205初级线圈的两端，此时初级线圈214相当于一个纯电感，流过初级线圈214的电 流线性上升，电源能量以磁能形式存储在初级线圈214的电感中；当开关管截止时，由于电 感电流不能突变，初级线圈214两端电压极性反向，磁能一电能快速转换，次级线圈215上 的电压极性颠倒使高压快恢复二极管217正向导通，初级线圈214储存的能量传送到次级 线圈215，提供输出脉冲电流给外接的等离子体反应器供电。本发明所述的脉冲变压器205初级绕组bl、al两端并联瞬变二极管D5和快恢复 二极管D6反向串联电路，瞬变二极管D5的正极与整流电路202的正输出端连接，快恢复二 极管D6的正极与ICl内开关管漏极D连接，电容器C4与瞬变二极管D5并连。瞬变二极管 D5起箝位作用，本实施例当市电电压为220V时，瞬变二极管D5优选1. 5KE250A型，工作电 流4. 2A,限幅电压237—263V。图7是本发明的脉冲电源输出的电流波形图。此放电电流波形是在脉冲变压器 205的输出端外接等离子体反应器接地端的取样电阻器R2上测得的。数字式示波器显示表 明脉冲占空比为16%，脉冲宽度是3uS，脉冲上升时间为70nS。本发明脉冲变压器输出高 压放电电流波形一致性好，等离子体反应器的电晕放电稳定。实施例4 图8是本发明的电磁兼容、传导干扰测试报告。本发明反应器电源2设有EMC滤波 器201，滤波器201设有差模电感器LI和共模电感器L2两者串联，EMC滤波器201输入端 并联电容器Cl，EMC滤波器201输出端并联电容器C2。去除由整流电路202、开关管和脉冲 变压器205工作所引起的大部分差模、共模干扰信号。脉冲变压器205初级线圈的两端设有脉冲限幅电路，脉冲发生器204与脉冲变压器205是按反激式逆变器设置，外接的等离子体 反应器与市电隔离，等离子体反应器外壳(负电极)接地线，电磁屏蔽、安全性能好。测试 报告显示本发明从0. 009—30MHz频段范围内，电磁兼容指标符合国内外有关标准规定。实施例5 装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室所述的等离子体反应器是根据洁净 室6内的空气容量选用两个以上并列安装；等离子体反应器外壳是与FFU相仿的可以直接 替换更新。所述的洁净室6四周墙壁内设有与接地线连通的金属丝网，洁净室6走廊方向墙 面设有导电玻璃窗50，导电玻璃窗50的窗框及门是金属制成，它们也是与接地线连通的。 洁净室6的静电、电磁屏蔽指标能够符合用户有关要求。本发明非热等离子体净化单元是装置在洁净室天花板上，使室内空气以每秒 0. 2-0. 5米的速度通过等离子体反应器，流经非热等离子体净化单元的流量按每小时计算， 至少是室内空气总量的十倍。本发明非热等离子体净化单元本身风阻远小于高效空气过滤 器、FFU，因此本发明非热等离子体净化单元的A计权声功率级噪声不大于50分贝。特别是 选用的风机功率只是现有技术的三分之一以下，发热量大为降低，洁净室内循环气流温升 也低，夏季可以大量节省制冷器的能耗，节能更为显著。本说明书仅仅是参照附图的实施例对本发明作了进一步说明，并非对本发明的限 定。在本发明的技术理念范围内，本领域技术人员可以按上述揭示的发明所设计的内容作 出包括材质在内的各种方式简单变形或等同替代，都属于本发明的技术理念范围内的，并 不会偏离本发明的精神或者超越权利要求书定义的范围。
权利要求
装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室，包括空气净化单元(1)、反应器电源(2)、风机(3)、新风系统(5)、洁净室(6)、控制器(7)、回风地沟(8)、空气过滤器(9)、静压箱(11)、回风弯管(12)和格栅地板(14)，空气净化单元(1)装在洁净室(6)上部的静压箱(11)内，组成气密环境，其特征在于所述的空气净化单元(1)是等离子体反应器，等离子体反应器内设有若干条镍铬金属丝或金属带在同一平面内按等距离平行排列制成的正电极(101)，正电极(101)置于相邻两个负电极(102)中间部位；正电极(101)的两端是固定在阻止微放电导电轨(103)上对应的凹槽或凸部中，所述的阻止微放电导电轨(103)是由铝棒或不锈钢条制成；阻止微放电导电轨(103)的两端再与正交设置在反应器四周的四根正电极金属支架(104)固定，并作电连通；每根正电极金属支架(104)的上、下两端各设一个绝缘连接物(105)与反应器外壳(108)相对应的安装孔固定；所述的反应器电源(2)内设有EMC滤波器(201)、整流电路(202)、滤波电路(203)、脉冲发生器(204)、脉冲变压器(205)依次序作电连接，脉冲变压器(205)的输出端外接等离子体反应器(1)；所述的脉冲变压器(205)输出低电位端设有电流检测电路(206)，将检测到的脉冲变压器(205)输出电流信号送入脉冲发生器(204)输入端，脉冲发生器(204)内设有的振荡器、误差放大器、PWM比较器及开关管；所述的脉冲变压器(205)初级绕组b1端接整流电路(202)正输出端，脉冲变压器(205)的a1、a2是同名端，b1、b2是异名端，脉冲变压器(205)与脉冲发生器(204)内的开关管是单端反激式逆变器设置的。
2.根据权利要求1所述的装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室，其特征在于所 述的静压箱(11)进风口设有送风风机(3b)，送风风机(3b)的进风口设有初效过滤器(4) 和中效空气过滤器(9)；送风风机(3b)前端设有新风系统(5)，新风系统(5)从进风口起依 次设有初效过滤器(4)、中效空气过滤器(9)、新风风机(3a)、表冷器(23)、加热器(24)、加 湿器(25)，新风系统(5)出风口与送风风机(3b)用管道气密连通。
3.根据权利要求1所述的装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室，其特征在于 所述的脉冲变压器(205)设有一个多槽绝缘线圈骨架(212)，次级线圈(215)是分三段至 五段绕制在多槽绝缘线圈骨架(212)相对应的凹槽内串联而成；所述的初级线圈(214)和 次级线圈(215)的内孔中设有磁芯(216)作电磁耦合，磁芯(216)的磁回路中设有磁气隙 (218)；所述的磁芯(216)最佳设计用铁基超微晶铁心，也可以设置铁氧体磁心。
4.根据权利要求1或2所述的装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室，其特征在 于所述的洁净室(6)与静压箱(11)之间还设有阻尼层(21)及均流板(22)，使流向洁净室 (6)的空气流形成垂直单向流气幕；洁净室(6)与回风地沟(8)之间设有格栅地板(14)，格 栅地板(14)上打有分布均勻的回风孔(15)；洁净室(6)两边设有走廊(13)。
5.根据权利要求1所述的装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室，其特征在于所 述的回风地沟(8)出风口装有送风风机(3c)，送风风机(3c)出风口向上设有回风管(17) 与新风系统(5)连通，回风管(17)中设有回风气闸(18)；送风风机(3c)出风口向室外设 有排风管道(16)，排风口 (20)通室外，排风管道(16)中设有排风气闸(19)。
6.根据权利要求1所述的装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室，其特征在于所 述的EMC滤波器(201)设有差模电感器LI和共模电感器L2两者串联，EMC滤波器(201)输 入端并联电容器Cl，EMC滤波器(201)输出端并联电容器C2。
7.根据权利要求1所述的装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室，其特征在于所述的等离子体反应器是根据洁净室(6)内的空气容量选用两个以上并列安装.等离子体反 应器外壳是与FFU相仿的可以直接替换更新。’’乂
8.根据权利要求1所述的装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室，Ji特征在于所(6)四周墙壁内设有与接地线连通的金属丝网，洁净室(6)走廊^向墙面设有 导电玻璃* (50) ο
全文摘要
本发明属于洁净室技术领域，具体涉及装有非热等离子体空气消毒净化器的洁净室，包括空气净化单元、反应器电源、风机、洁净室、新风系统、控制器、回风地沟、空气过滤器、静压箱、回风管和格栅地板。空气净化单元装在洁净室上部的静压箱内，组成气密环境。所述的空气净化单元是等离子体反应器，内设有若干条镍铬金属丝或金属带在同一平面内按等距离平行排列制成的正电极，两端是固定在阻止微放电导电轨上对应的凹槽或凸部中，反应器电源内的开关管是单端反激式逆变器设置的。本发明提供一种空气净化消毒效果全面、效率高、能耗低、噪音小、结构简单、维护费用省、工作寿命长的洁净室。它用于工业洁净室或生物洁净室。
文档编号H01F27/24GK101922765SQ200910263770
公开日2010年12月22日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者周云正, 周瑾 申请人:周云正