一种等离子体发生装置和空气净化器的制作方法

1.本实用新型涉及空气净化设备技术领域，具体涉及一种等离子体发生装置和空气净化器。


背景技术：

2.随着社会经济的发展，居民对住宅室内装修的要求也越来越高。大规模装修材料和建筑材料的使用，使得室内空气中甲醛、tvoc等污染物的浓度超标，对人们的身体健康产生了影响。目前，室内空气污染的净化方法有通风法、植物净化法、微生物法、物理化学吸附法和等离子体法等。
3.由于低温等离子体中存在高能电子、激发态粒子及活性基团等，利用等离子体放电可有效地催化降解有害气体，因此，其被越来越多地应用于空气净化等领域。等离子体放电包括电晕放电和辉光放电，由于辉光放电放电面积较大，等离子体密度较高，因此其具有很好的应用前景的。在一般情况下，辉光放电等离子体多在低气压或稀有气体环境下生成。
4.现有技术公开了一种基于辉光放电等离子体发生装置及空气净化器，其中辉光放电等离子体发生装置包括棒状螺旋电极和高压电极，其中棒状螺旋电极和高压电极之间的距离是1cm至10cm，高压电极的作用是提供定向的外加直流电场，使螺旋棒状电极产生的带电粒子在空间中定向移动，产生离子风，而放电还是在棒状螺旋电极表面，放电面积小，等离子体密度较小，因此对空气的净化效果有限。


技术实现要素：

5.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的一种等离子体发生装置只能在电极表明产生等离子体的缺陷，从而提供一种能够在一定空间内实现辉光放电的一种等离子体发生装置、等离子体发生装置和空气净化器，能够扩大一种等离子体发生装置的净化范围。
6.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种等离子体发生装置，包括：螺旋电极，包括内电极、包裹在内电极外的绝缘层以及螺旋缠绕在绝缘层外的碳纤维电极，内电极适于与交流电源相连接，碳纤维电极适于接地；
7.催化剂电极，设在螺旋电极的一侧或环绕螺旋电极设置，催化剂电极与螺旋电极的间距为l，l≤5mm，催化剂电极适于与直流电源相连接，催化剂电极包括除臭氧催化剂。
8.进一步地，催化剂电极包括铝电极和涂覆在铝电极上的mn、ni、co、cu单一或复合过渡金属氧化物的催化剂层。
9.进一步地，催化剂电极上形成有通孔。
10.进一步地，铝电极为由铝丝编织形成的铝网，铝网设置在螺旋电极的一侧；
11.或者，铝电极为由铝丝编织形成的筒状电极，筒状电极环绕螺旋电极设置。
12.进一步地，螺旋电极还包括压制线，其螺旋缠绕在绝缘层上且压在碳纤维电极上，压制线与碳纤维电极的螺旋方向相反。
13.进一步地，压制线由聚四氟乙烯纤维制成。
14.进一步地，碳纤维电极包括n根碳纤维丝，20≤n≤1500。
15.进一步地，等离子体发生装置还包括与内电极相串联的第一限流电阻；和/或，
16.与催化剂电极相串联的第二限流电阻。
17.进一步地，内电极为镀银铜丝。
18.进一步地，绝缘层的材料为聚四氟乙烯。
19.进一步地，等离子体发生装置包括多个发生单元组，每个发生单元组包括多个相互并联的发生单元，每个发生单元包括一个螺旋电极和环绕螺旋电极设置的催化剂电极。
20.进一步地，相邻的两个发生单元组交错设置。
21.进一步地，等离子体发生装置包括依次间隔设置的多个发生单元，每个发生单元包括一个螺旋电极组和设置在螺旋电极组的一侧的一个催化剂电极，每个螺旋电极组包括多个并排且间隔设置的螺旋电极。
22.进一步地，等离子体发生装置包括依次间隔设置的多个发生单元，每个发生单元包括一个催化剂电极和对应设置的一个螺旋电极组，每个螺旋电极组包括多个并排且间隔设置的螺旋电极。
23.进一步地，相邻的两个发生单元的螺旋电极组交错设置。
24.本实用新型第二方面涉及了一种空气净化器，包括本实用新型第一方面所提供的等离子体发生装置。
25.本实用新型具有以下优点：
26.1、由上述技术方案可知，本实用新型第一方面的等离子体发生装置在螺旋电极的一侧增设了催化剂电极，且催化剂电极与螺旋电极的距离被设置为小于5mm。其中，螺旋电极的表面能够产生均匀的辉光放电，催化剂电极接直流电源，能够将螺旋电极表面形成的电压向催化剂电极引出，从而在较低电压下在螺旋电极与催化剂电极之间形成空间上的辉光放电，增大了等离子体发生装置的放电面积，同时在一定程度上增大了螺旋电极表面的放电程度。由于催化剂电极与螺旋电极之间形成了电场，当气流进入到催化剂电极与螺旋电极之间时，气流中携带的杂质在通过放电区域时可以带电，之后在电场的作用下附着于催化剂电极表面，这进一步提升了本实用新型的等离子体发生装置的空气净化效果。通孔能够有利于在空间中形成电场，促使螺旋电极能够与催化剂电极产生均匀的辉光放电。同时，催化剂电极能够用于去除辉光放电过程中产生的臭氧，进一步提高等离子体发生装置的空气净化效果，辉光放电过程中产生的等离子体能够保证催化剂电极上的催化剂的活性，延长催化剂电极的使用寿命。
27.因此，本实用新型的等离子体发生装置中的催化剂电极既能够作为直流电极起到扩大等离子体发生装置的净化范围，吸附颗粒物的作用，又能够起到去除辉光放电过程中产生的臭氧的作用，能够扩大等离子体发生装置的净化范围，提高等离子体发生装置的空气净化效果。另外，本实用新型的等离子体发生装置的结构简单，制造容易，使用安全可靠，便于实施推广应用。
28.2、本实用新型第二方面的空气净化器包括或使用了本实用新型第一方面的等离子体发生装置，因此其具有本实用新型第一方面的等离子体发生装置的技术效果，即能够在螺旋电极和催化剂电极之间产生辉光放电，使平面上的辉光放电转化成空间上的辉光放
电，能够不增加空气净化器内的电极数量的情况下有效扩大等空气净化器的净化范围。同时，催化剂电极能够起到去除辉光放电过程中产生的臭氧的作用，能够扩大等离子体发生装置的净化范围，提高等离子体发生装置的空气净化效果。另外，本实用新型的等离子体发生装置的结构简单，制造容易，使用安全可靠，便于实施推广应用。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1示出了本实用新型实施例1的等离子体发生装置，此时催化剂电极为筒状的；
31.图2示出了本实用新型实施例1的等离子体发生装置，并示意性地显示了等离子体发生装置的发生单元组；
32.图3示出了本实用新型实施例1的等离子体发生装置的螺旋电极；
33.图4为本实用新型实施例1的等离子体发生装置的发生单元组的分布状态示意图；
34.图5示出了本实用新型实施例1的等离子体发生装置，此时催化剂电极为片状的。
35.附图标记说明：
36.100、等离子体发生装置；1、螺旋电极；11、内电极；12、碳纤维电极；13、绝缘层；101、压制线；
37.2、铝网；21、通孔；
38.31、第一限流电阻；32、第二限流电阻；
39.4、筒状电极。
具体实施方式
40.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
41.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
43.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间
未构成冲突就可以相互结合。
44.本实施例的等离子体发生装置100主要包括螺旋电极1和催化剂电极。其中，如图3所示，螺旋电极1包括内电极11、包裹在内电极11外的绝缘层13以及螺旋缠绕在绝缘层13外的碳纤维电极12。内电极11适于与交流电源相连接。碳纤维电极12适于接地。催化剂电极设在螺旋电极1的一侧。催化剂电极与螺旋电极1的间距为l，l≤5mm。催化剂电极适于与直流电源相连接。催化剂电极包括除臭氧的催化剂。其中，催化剂电极优选为包括铝电极和涂覆在铝电极上mn、ni、co、cu单一或复合过渡金属氧化物的催化剂层。
45.直流电源适于提供0-8000v的直流电压给催化剂电极。交流电源适于提供500-4000v的交流电压给内电极11。优选地，直流电源适于提供6000-7000v的直流电压给催化剂电极，交流电源适于提供1600-1800v的交流电压给内电极11，上述电压范围为经过大量的试验获得的最佳范围，当电压处于上述范围时，既不会因电压过小而导致影响辉光放电效果，又不会使放电发展为剧烈的丝状放电。
46.由上述技术方案可知，本实施例的等离子体发生装置100在螺旋电极1的一侧增设了催化剂电极，且催化剂电极与螺旋电极1的距离被设置为小于5mm。其中，螺旋电极1的表面能够产生均匀的辉光放电，催化剂电极接直流电源，能够将螺旋电极1表面形成的等离子体向催化剂电极引出，从而在较低电压下在螺旋电极1与催化剂电极之间形成空间上的辉光放电，增大了等离子体发生装置100的放电面积，同时在一定程度上增强了螺旋电极1表面的放电程度。
47.由于催化剂电极与螺旋电极1之间形成了电场，当气流进入到催化剂电极与螺旋电极1之间时，气流中携带的杂质在通过放电区域时可以带电，之后在电场的作用下附着于催化剂电极表面，这进一步提升了本实施例的等离子体发生装置100的空气净化效果。催化剂电极上可选为设有通孔21，也可选为不设有通孔。通孔21能够有利于在空间中形成电场，促使螺旋电极1能够与催化剂电极产生均匀的辉光放电。同时，催化剂电极能够用于去除辉光放电过程中产生的臭氧，进一步提高等离子体发生装置100的空气净化效果，辉光放电过程中产生的等离子体能够保证催化剂电极上的催化剂的活性，延长催化剂电极的使用寿命。
48.因此，本实施例的等离子体发生装置100中的催化剂电极既能够作为直流电极起到扩大等离子体发生装置100的净化范围，吸附颗粒物的作用，又能够起到去除辉光放电过程中产生的臭氧的作用，能够扩大等离子体发生装置100的净化范围，提高等离子体发生装置100的空气净化效果。另外，本实施例100的等离子体发生装置100的结构简单，制造容易，使用安全可靠，便于实施推广应用。
49.碳纤维属于一种半导体材料，相比于一般金属而言，单位体积(或单位表面积)的碳纤维的电子逸出能力相对较弱，因此在放电过程中可以有效控制电子释放数量，进而防止放电过于剧烈。又由于碳纤维的单根细丝具有极小的曲率半径(其单丝直径只有7～10μm)。在此条件下，碳纤维电极12周围的实际放电空间被限制在较小尺寸内，从而能够形成微放电。在较高电场强度下的微放电中，碳纤维电极12的场致发射作用就变得不可忽略。在较强的场致发射作用下，放电空间填充了大量的种子电子，这些种子电子的出现，一方面作为其它电子崩的初始电子来源，有效降低了起始放电电压，使得放电在相对较低的平均场强下易于实现；另一方面，在较低的平均电场下产生电子，有利于获得慢增长的电子，为实现
大气压下的稳定辉光放电提供了可能，并抑制其向丝状放电的转化。由于碳纤维电极12的放电主要产生在绝缘层13的表面，当碳纤维束中的碳纤维数量过多时会占用放电空间，减小放电面积，因此，碳纤维电极12优选为包括n根碳纤维丝，20≤n≤1500。
50.铝电极优选但不限于为筒状的片状(见图5)或筒状(见图1)的。例如当铝电极选择为由铝丝编织成的铝网2时，铝网2优选为设置在螺旋电极1的一侧。片状的铝电极可选为薄片状的，也可选为具有一定的厚度，片状的铝电极的形状优选但不限于为方形、圆形或其他不规则图形。铝网2的截面可选为直线形的，也可选为波浪形的。优选地，当铝网2的截面为波浪形时螺旋电极1能够与催化剂电极产生多个方向上的放电，能够增大螺旋电极1与催化剂电极之间的放电面积。
51.如图2所示，等离子体发生装置100可选为包括一个或多个依次间隔设置的发生单元。发生单元的数量可根据需要净化环境的范围和空气的质量来进行调整。每个发生单元包括一个催化剂电极和对应设置的一个螺旋电极组。每个螺旋电极组包括多个并排且间隔设置的螺旋电极1。多个发生单元能够对空气进行较为彻底的净化。优选地，如图4所示，相邻的两个发生单元的螺旋电极组交错设置。交错设置的螺旋电极组能够增大气流与催化剂电极与螺旋电极1之间的放电空间的接触面积，从而促进等离子体发生装置100对气流进行更加彻底的消毒和杀菌。另外，将相邻的发生单元交错设置能够避免等离子体发生装置100内形成盲区，避免部分气流从螺旋电极1之间通过而未经过放电区域，有助于提升等离子体发生装置100的净化效果。
52.如图1所示，当铝电极选择为由铝丝编织而成的筒状电极4时，筒状电极4优选为环绕所述螺旋电极1设置，筒状电极4优选但不限于为方形筒、圆形筒或椭圆形筒等。筒状电极4与螺旋电极1能够产生多个方向上的放电，进一步增大了空间放电的放电面积，提升了放电空间内的等离子密度，有助于减少电极的数量，降低交流电源功率。通孔21能够有利于在空间中形成电场，促使螺旋电极1能够与筒状电极4产生均匀的辉光放电。
53.当铝电极选择为筒状电极4时，为确保空气净化器具有较高的除尘效率，空气净化器优选为包括多个发生单元组。每个发生单元组包括多个相互并联的发生单元。每个发生单元包括一个螺旋电极1和环绕螺旋电极1设置的催化剂电极。相邻的两个发生单元组交错设置。交错设置的螺旋电极组能够增大气流与催化剂电极与螺旋电极1之间的放电空间的接触面积，从而促进等离子体发生装置100对气流进行更加彻底的消毒和杀菌。另外，能够避免等离子体发生装置100内形成盲区，避免部分气流从螺旋电极1之间通过而未经过放电区域，有助于提升等离子体发生装置100的净化效果。
54.在本实施例中，催化剂电极上的通孔21优选但不限通过冲压获得，或者是由铝丝编织形成的。例如，当铝电极选择为由铝丝编织形成的铝网2时，密集的通孔21有利于在空间中形成较为均匀的电场，使每根螺旋电极1都能与催化剂电极产生较好的均匀辉光放电。由于空间中的放电产生于螺旋电极1与催化剂电极的金属部分。为了保证铝网2具有较大的放电面积，铝网2的孔径优选为小于5mm，最好是小于2mm。例如当催化剂电极选择为由铝丝编织而成的铝网2时，铝网2中的铝丝的直径为d6，0.15mm≤d6≤0.25mm。催化剂电极的孔径为d7，1mm≤d7≤2mm。当催化剂电极选择为冲孔铝网2时，催化剂电极的通孔21的孔径为d8,1mm≤d8≤2mm。催化剂电极的孔中间间距为d9，2mm≤d9≤4mm。优选地，直流电源的负极与催化剂电极相连接正极接地。相较于正极与催化剂电极相连接负极接地的方式，使用直流
电源的负极与催化剂电极相连接的方式产生的辉光放电更加均匀，不易于产生丝状放电，对电极的制作要求较低，有助于提升等离子体发生装置100的安全性，降低电极的废品率，降低等离子体发生装置100的制造成本。
55.在本实施例中，螺旋电极1结构还包括压制线101，其螺旋缠绕在绝缘层13上且压在碳纤维电极12上。压制线101与碳纤维电极12的螺旋方向相反。通过压制线101缠绕压制在碳纤维电极12外，可以有效地压制碳纤维电极12外表面的毛刺，避免毛刺尖端放电击穿现象发生，从而使得放电更均匀，延长了螺旋电极1结构的寿命，同时也避免了毛刺放电产生过多的无用功，影响放电能效的问题。
56.压制线101采用绝缘材料或者半导电材料制成。优选地，本实施例中所述压制线101为纳米级绝缘材料。相比于采用导电材料，使得整个电极的放电强度更容易控制，且所述压制线101不会参与放电，能够极大程度地降低压制线101对螺旋电极1结构放电的影响和干扰。可选地，所述压制线101为聚四氟乙烯纤维、聚酰胺纤维、芳酰胺纤维中的任意一种。或者说，所述压制线101采用氟纶线、细尼龙线、芳纶线中的一种或多种。当然，所述压制线101不限于上述材料，也可以为其他绝缘材料。
57.最优地，压制线101为聚四氟乙烯纤维，由于聚四氟乙烯纤维材料有良好的吸附和释放电子的能力。本实施例中螺旋电极1结构产生辉光放电的手段是介质阻挡放电，压制线101采用绝缘的聚四氟乙烯纤维材料，其具有良好的吸附和释放电子的能力，可以在交流正半周放电过程中吸附电子，为负半周的放电提供电子，有利于放电的发生，避免碳纤维电极12被压制后影响电极放电均匀性。压制线101吸附和释放电子的能力越好，产生的放电越好。
58.本实施例中，压制线101优选为一根直径较小的线束，并紧密地缠绕在所述碳纤维电极12的外表面，以压制碳纤维电极12表面的毛刺。将压制线101的直径设置的较小能够避免压制线101包裹住碳纤维电极12的表面，导致阻碍碳纤维电极12放电。优选地，压制线101为直径为d5,0.005mm≤d5≤3mm。例如在本实施例中，压制线101采用直径为0.1mm的聚四氟乙烯纤维。当然，所述压制线101也可以为两根或者两根以上，以提高压制效果。
59.本实施例中，所述内电极11为导电材料。可选地，所述内电极11为金属导电棒，所述内电极11的截面为圆形、椭圆形、长方形或者其他多边形状。优选地，所述内电极11截面呈圆形。优选地，所述内电极11为镀银铜丝，所述内电极11采用镀银铜丝导电效果更好。内电极11的直径为d10，1mm≤d10≤1.4mm。
60.绝缘层13的材料优选但不限于为聚四氟乙烯、聚酰胺或芳酰胺等。优选为聚四氟乙烯。聚四氟乙烯层的厚度为d4，0.15mm≤d4≤0.3mm。当聚四氟乙烯绝缘层13的厚度处于上述范围内时，螺旋电极1结构具有较低的起晕电压，同时绝缘层13不易被击穿。例如在本实施例中，绝缘层13选为为厚度0.2mm的聚四氟乙烯，可通过喷涂工艺将所述聚四氟乙烯均匀地喷涂在所述内电极11外表面以形成所述绝缘层13。
61.可选地，所述碳纤维电极12由所述内电极11的一端螺旋缠绕至另一端，所述压制线101反向缠绕并紧压在所述碳纤维电极12的外部。所述压制线101同样也从所述的内电极11的一端螺旋缠绕至另一端，且缠绕方向与所述碳纤维电极12的缠绕方向相反。所述压制线101通过采用反向缠绕压制的方式，不仅方便操作，且压制线101不易与碳纤维电极12脱离，压制效果更加可靠。
62.可选地，设定所述碳纤维电极12缠绕的螺距为d1，所述压制线101缠绕的螺距为d2，其中：1/2d1≤d2≤d1。上述压制线101缠绕的螺距d2的范围为经过大量的试验获得的最佳范围，所述d2在处于在该范围时，放电效果最好，既能有效地避免所述压制线101的螺距过长，缠绕的过于稀疏不能起到良好的压制效果，产生较多的毛刺，又能避免压制线101的螺距过短，缠绕的过于紧凑会影响碳纤维电极12正常放电。
63.本实施例中所述压制线101的直径越细越好，且所述压制线101按照设定螺距范围来缠绕碳纤维电极12，在能够有效抑制毛刺的同时，也不会把碳纤维电极12完全包裹住，使得所述碳纤维电极12仍会部分裸露于外部环境中，从而能够有效地保证螺旋电极1结构可利用碳纤维材料自身的特性实现辉光放电，不会影响到螺旋电极1结构的正常放电。
64.优选地，所述压制线101缠绕的螺距与所述碳纤维电极12的螺距相等，或者为所述碳纤维电极12螺距的一半。
65.最优地，所述压制线101缠绕的螺距与所述碳纤维电极12的螺距相等。且所述压制线101的缠绕角度与所述碳纤维电极12的缠绕角度相同。通过上述设计，能够使得所述压制线101可靠地压制在所述碳纤维电极12外部，有效抑制毛刺的产生，同时也可避免影响碳纤维电极12的正常放电。
66.具体地，所述压制线101紧压在碳纤维电极12外，且两端分别至少多出一圈，多出的一圈直接缠绕固定在绝缘层13外部，并通过粘接剂或者胶水或者粘胶带粘接固定在内电极11上，以保证压制线101能够稳定固定在电极上不会脱落，从而牢靠地压制在碳纤维电极12外。
67.在本实施例中，等离子体发生装置100优选为还包括与内电极11相串联的第一限流电阻31；和/或与催化剂电极相串联的第二限流电阻32。限流电阻有利于防止电弧放电的产生，使螺旋电极1与催化剂电极之间产生良好的辉光放电。
68.实施例2
69.本实施例涉及了一种空气净化器，包括了实施例1中所涉及的等离子体发生装置100。
70.综上所述，实施例1的等离子体发生装置100和实施例2的空气净化器能够在螺旋电极1和催化剂电极之间产生空间上的辉光放电，大大增大等离子体发生装置的放电面积，能够不增加等离子体发生装置内的电极数量的情况下有效扩大等离子体发生装置的净化范围，有助于降低等离子体发生装置的功耗。同时实施例1的等离子体发生装置100和实施例2的空气净化器还具有集尘效果，具有较好的去除颗粒物的能力。
71.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。