專利名稱：非熱能等離子空氣處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將非熱能等離子與空氣過濾系統(tǒng)結(jié)合使用，以便處理室內(nèi)空氣，減少污染。
背景技術(shù)：
許多空氣凈化系統(tǒng)均在文獻(xiàn)中有過記載，而且在市場(chǎng)中可以買到。這些系統(tǒng)要用各種各樣的技術(shù)來除去后面稱作之為污染物的廢氣、揮發(fā)性有機(jī)化合物、臭味、氧化氮、氧化硫、有毒氣體等并對(duì)它們進(jìn)行消毒。這些系統(tǒng)利用各種方法去除空氣中傳播的污染物，例如燃燒法，吸附法，催化法或非熱能等離子法。
燃燒系統(tǒng)的原理最簡(jiǎn)單，它主要包括對(duì)空氣加熱，使空氣中傳播的污染物熱分解或燃燒。但是，這種方法不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樗枰罅康哪芰繉⒖諝庵械奈廴疚镉行コ＿@種方法還會(huì)產(chǎn)生大量熱污染。
吸附法與使用的用于捕獲空氣中傳播的污染物的吸附材料有關(guān)。但是該方法要求經(jīng)常更換或再生吸附材料，這樣就使得系統(tǒng)的運(yùn)行成本增加。
催化法與使用的用于加速化學(xué)反應(yīng)而將空氣中傳播的污染物轉(zhuǎn)變成基本無害的化學(xué)組份的催化劑有關(guān)。但是，當(dāng)污染物的濃度不高時(shí)，催化法通常需要不切實(shí)際的大量能量。另外，這些系統(tǒng)所用的催化劑會(huì)因?yàn)槲廴疚锒艿秸次?，使得催化功能大大下降或完全喪失?br>
典型的非熱能等離子系統(tǒng)與用于處理含有污染物的氣流的非熱能等離子的使用有關(guān)。非熱能等離子是在兩個(gè)電極之間進(jìn)行高壓放電。這種放電在空氣中產(chǎn)生高能電子，高能電子與氣體分子碰撞，產(chǎn)生自由基，這些自由基使氣流中的污染物氧化。大多數(shù)反應(yīng)劑由氧氣產(chǎn)生，生成許多不同種類的氧。但是，自由基也由可以在氣流中的氮和水蒸氣形成。因?yàn)榉菬崮艿入x子系統(tǒng)消耗的大多數(shù)能量被用于產(chǎn)生高能電子，所以由這些系統(tǒng)處理的氣流溫度基本保持不變。激勵(lì)等離子的高壓可以是交流電、直流電或脈沖電流，其在性能最好的脈沖電流中有很快上升的時(shí)間脈沖。
通常，非熱能等離子空氣處理系統(tǒng)由一個(gè)非熱能等離子反應(yīng)器和一個(gè)使空氣流過該反應(yīng)器的設(shè)備構(gòu)成。非熱能等離子反應(yīng)器包括多個(gè)對(duì)置的電極，該反應(yīng)器通常根據(jù)以下兩種構(gòu)造中的一種進(jìn)行制造電暈放電或介電阻擋放電。電暈放電反應(yīng)器使用裸電極，在電極之間產(chǎn)生非熱能等離子。介電阻擋反應(yīng)器有一個(gè)涂附在一個(gè)或兩個(gè)電極上的介電材料，或者有一個(gè)在各電極之間含有介電材料的層疊床。
非熱能等離子系統(tǒng)有一些缺陷，例如氧化副產(chǎn)品、生成臭氧、需要高電能。氧化副產(chǎn)品是氧化不完全的結(jié)果，在空氣流中可能形成新的污染物，從而達(dá)不到系統(tǒng)的目的。臭氧是有害的，因而產(chǎn)生臭氧也會(huì)實(shí)現(xiàn)不了系統(tǒng)的目的。最后，因許多非熱能等離子系統(tǒng)要求高能量而使得這些系統(tǒng)變得不實(shí)用。
如上所述，非熱能等離子通常是因?yàn)閷⒏唠娔苡糜诘入x子反應(yīng)器而產(chǎn)生的。某些傳統(tǒng)的非熱能反應(yīng)器需要數(shù)百焦耳的電能來處理很少一點(diǎn)空氣。需要大量電能對(duì)于傳統(tǒng)非熱能等離子系統(tǒng)來講是個(gè)最大的問題。因?yàn)槟軌蚩刂品菬崮艿入x子所需要的參數(shù)不僅在反應(yīng)器與反應(yīng)器之間有很大的不同，而且在同一反應(yīng)器中的各個(gè)時(shí)段也不相同，所以使得電源問題更加復(fù)雜。例如，對(duì)于在電極之間包括介電材料層疊床的非熱能等離子系統(tǒng)來講，因?yàn)楸惶幚淼目諝庵械臐穸鹊淖兓约按仓械奈廴疚飻?shù)量和種類的變化，所以會(huì)使介電材料床的導(dǎo)電性變化。這些變化也造成床的阻抗發(fā)生很大的改變。由于床的導(dǎo)電性和阻抗的變化，所以為產(chǎn)生和保持非熱能等離子所需要的電量也發(fā)生變化。
與非熱能等離子反應(yīng)器相關(guān)的另一問題是由會(huì)在反應(yīng)器中形成的“光束”造成的。光束主要是自傳播的電子束，如果電子束未受到抑制，則會(huì)變成弧光和/或使非熱能等離子變成熱能等離子情況。這對(duì)床和系統(tǒng)的性能有很大的負(fù)面影響。為了防止弧光產(chǎn)生或防止變成熱能等離子情況，光束形成之后必須很快地終止弧光或熄弧。為了實(shí)現(xiàn)這種功能，傳統(tǒng)非熱能等離子反應(yīng)器需要包括比較復(fù)雜的外部機(jī)構(gòu)或自熄弧機(jī)構(gòu)。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種克服上述系統(tǒng)中出現(xiàn)的某些或全部缺陷的空氣處理系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于有效去除和摧毀空氣中傳播的污染物，同時(shí)使釋放的氧化副產(chǎn)品為最少的方法和裝置。本發(fā)明還提供一種與非熱能等離子空氣處理系統(tǒng)結(jié)合使用的非熱能等離子反應(yīng)器。另一方面，本發(fā)明提供一種用于非熱能等離子反應(yīng)器的電源，該電源包括一個(gè)將鎮(zhèn)流電路的電能傳輸給含有非熱能等離子反應(yīng)器的次級(jí)電路的感應(yīng)連接。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所提供的非熱能等離子反應(yīng)器包括多個(gè)對(duì)置的電極，在電極之間有一個(gè)或多個(gè)由介電常數(shù)比較高的材料構(gòu)成的層疊床。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所提供的非熱能等離子反應(yīng)器包括多個(gè)對(duì)置的電極，在電極之間有一個(gè)或多個(gè)由一種材料構(gòu)成的層疊床，其中層疊床還包括吸附材料和介電常數(shù)比較高的材料。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所提供的非熱能等離子反應(yīng)器包括多個(gè)對(duì)置的電極，在電極之間有一個(gè)或多個(gè)由一種材料構(gòu)成的層疊床，其中層疊床還包括吸附材料和介電常數(shù)比較高的材料以及一種有助于摧毀臭氧或有助于臭氧去毒或加速氧化反應(yīng)的催化劑。
在另一實(shí)施例中，將吸附材料與非熱能等離子反應(yīng)器分隔開。在該實(shí)施例中，提供一種加熱裝置對(duì)吸附劑進(jìn)行熱解吸，并提供一個(gè)風(fēng)扇使空氣重復(fù)流過反應(yīng)器。與非熱能等離子反應(yīng)器相比，分隔開的加熱裝置可以有更快的加熱時(shí)間，更高的運(yùn)行溫度。因此，分隔開的加熱器可以縮短解吸/再生期間所需要的時(shí)間。另外，通過將非熱能等離子反應(yīng)器與吸附材料分隔開，非熱能等離子反應(yīng)器的尺寸可以減少。如果不含有其尺寸與吸附材料基本相同的非熱能等離子反應(yīng)器，則可以提供很小的反應(yīng)器。反應(yīng)器越小，需要的電源也就越小，在運(yùn)行時(shí)的電能消耗也減少。同樣也可以降低反應(yīng)器的成本。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在電源和非熱能等離子反應(yīng)器之間的感應(yīng)連接包括由氣隙分開的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，所述氣隙可以使鎮(zhèn)流電路和次級(jí)電路之間得到一定程度的絕緣?？梢赃x擇該氣隙，從而提供有限的電流作用，限制在床中形成光束。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，鎮(zhèn)流電路的初級(jí)線圈與一個(gè)諧振儲(chǔ)能電路電連接，鎮(zhèn)流電路包括一個(gè)監(jiān)測(cè)施加到初級(jí)線圈上的電流的電流檢測(cè)電路。鎮(zhèn)流電路改變施加到諧振儲(chǔ)能電路上的信號(hào)頻率作為測(cè)量到的電流的函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，電流檢測(cè)電路包括一個(gè)其初級(jí)線圈與諧振儲(chǔ)能電路電連接而其次級(jí)線圈處在鎮(zhèn)流電路中的變壓器。電流檢測(cè)電路提供的動(dòng)力電源可以改變其頻率，以便在反應(yīng)器的整個(gè)特征范圍內(nèi)尋找諧振。因?yàn)殒?zhèn)流電路不管反應(yīng)器的特征變化都能夠?yàn)樘峁┲C振而進(jìn)行自調(diào)，所以可以用更小更有效的電源。
在另一個(gè)實(shí)施例中，電源還包括一個(gè)監(jiān)測(cè)床的特征并根據(jù)監(jiān)測(cè)的特征調(diào)節(jié)被施加到非熱能等離子反應(yīng)器上的電能的負(fù)載檢測(cè)電路。在一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)載檢測(cè)電路測(cè)量床的阻抗，并根據(jù)測(cè)量的阻抗調(diào)節(jié)被施加到非熱能等離子反應(yīng)器上的電能。這就可以使鎮(zhèn)流電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變床的特征，最有可能的是調(diào)節(jié)濕度，濕度對(duì)床中的等離子的再生和保持都有重大影響。
結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖的詳細(xì)描述將會(huì)更清楚地理解本發(fā)明的這些目的和其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。
圖1是本發(fā)明非熱能等離子空氣處理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；圖2是用在空氣處理系統(tǒng)中的非熱能等離子反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施例；圖3是用在空氣處理系統(tǒng)中的非熱能等離子反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施例；圖4是用在空氣處理系統(tǒng)中的非熱能等離子反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施例；圖5是用在空氣處理系統(tǒng)中的非熱能等離子反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施例；圖6是用在空氣處理系統(tǒng)中的非熱能等離子反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施例；圖7是用在空氣處理系統(tǒng)中的非熱能等離子反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施例；圖8是用在空氣處理系統(tǒng)中的非熱能等離子反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施例；圖9是用在空氣處理系統(tǒng)中的非熱能等離子反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施例；圖10是用在空氣處理系統(tǒng)中的非熱能等離子反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施例；圖11是用在非熱能等離子反應(yīng)器中的電極的幾個(gè)實(shí)施例；圖12是空氣處理系統(tǒng)的主要電路和組裝件的框圖；圖13是感應(yīng)耦合鎮(zhèn)流電路的框圖；圖14是部分感應(yīng)耦合鎮(zhèn)流電路、電流檢測(cè)電路和聯(lián)鎖電路的電路示意圖；圖15是表示電流檢測(cè)電路運(yùn)行的多個(gè)波形；圖16是電流限制電路的電路示意圖；圖17是部分交變電流檢測(cè)電路的電路示意圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的空氣處理系統(tǒng)的示意圖；和圖19是圖18所示的實(shí)施例的非熱能等離子反應(yīng)器的分解透視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例?？諝馓幚硐到y(tǒng)10包括一個(gè)殼體11和一個(gè)非熱能等離子反應(yīng)器20，非熱能等離子反應(yīng)器包括位于兩個(gè)對(duì)置電極24和26之間的一床吸附材料22。可選擇的是，空氣處理系統(tǒng)10還包括一個(gè)風(fēng)扇12，一組進(jìn)口葉片16，一組出口葉片18，一個(gè)預(yù)過濾器14和一個(gè)HEPA過濾器29。
空氣處理系統(tǒng)10的典型運(yùn)行循環(huán)包括兩個(gè)運(yùn)行階段吸附階段和解吸/再生階段。在吸附階段過程中，葉片組16和18開啟，風(fēng)扇12接通，使得空氣首先通過開啟的葉片組16，然后通過預(yù)過濾器14進(jìn)入非熱能等離子反應(yīng)器20。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道可以用本領(lǐng)域公知的風(fēng)機(jī)或其他氣流機(jī)構(gòu)很容易地替代風(fēng)扇12。將電源提供給使用電源的風(fēng)扇12和葉片組16和18，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是本領(lǐng)域公知的。用層疊床22中的吸附材料捕獲空氣中傳播的污染物。最后，空氣流過HEPA過濾器29，通過葉片組18后流出系統(tǒng)10。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道上述構(gòu)件可以在空氣處理系統(tǒng)10中重新排列。例如可以將HEPA過濾器29設(shè)置在風(fēng)扇12和反應(yīng)器20之間。
吸附過程結(jié)束后，空氣處理系統(tǒng)10進(jìn)入解吸/再生階段。在該運(yùn)行階段中，葉片組16和18關(guān)閉，風(fēng)扇12可以被切斷，這將有效地使空氣處理系統(tǒng)10的內(nèi)部與周圍環(huán)境隔斷。然后給電極24和26通電，產(chǎn)生非熱能等離子。該非熱能等離子使吸附材料層疊床22內(nèi)的氣隙中攜帶的污染物氧化和去毒。當(dāng)這些污染物被氧化或去毒時(shí)，利用吸附劑床對(duì)污染物解吸。非熱能等離子使吸附劑床的溫度升高，以進(jìn)一步促進(jìn)污染物的解析。因?yàn)樵诮馕?再生階段中空氣處理系統(tǒng)10與周圍環(huán)境隔斷，所以在該階段產(chǎn)生的大部分氧化副產(chǎn)品被捕獲在空氣處理系統(tǒng)10中，并由非熱能等離子去毒。吸附劑床還可以包括幫助摧毀臭氧或幫助臭氧去毒的催化劑。在解吸/再生階段中可以使風(fēng)扇12運(yùn)行，以使空氣在空氣處理系統(tǒng)10和反應(yīng)器20中循環(huán)。
圖18中示出了另一個(gè)空氣處理系統(tǒng)10’的示意圖?？諝馓幚硐到y(tǒng)10’包括殼體11’、非熱能等離子反應(yīng)器20’、吸附劑材料22’、熱源23’和風(fēng)扇12’。空氣處理系統(tǒng)10’還包括用于在解吸/再生階段中有選擇地使系統(tǒng)10’內(nèi)部與環(huán)境切斷的機(jī)構(gòu)，以及在解吸/再生階段中使空氣重新流過系統(tǒng)的空氣再循環(huán)系統(tǒng)21’。在所述實(shí)施例中，該機(jī)構(gòu)包括葉片組16’和18’，這些葉片組可以繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以打開和關(guān)閉系統(tǒng)10’的進(jìn)口和出口。葉片組16’和18’可以用其它功能類似的機(jī)構(gòu)替代，例如滑動(dòng)門或繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的門。另一個(gè)可替代的實(shí)施例可以包括相鄰的一對(duì)打孔的板，兩塊板中的至少一塊板是可移動(dòng)的，從而有選擇地使兩塊板上的孔對(duì)齊或錯(cuò)開。該系統(tǒng)10’可以有選擇地包括預(yù)過濾器14’、HEPA過濾器29’和/或其他傳統(tǒng)空氣處理構(gòu)件。
在該系統(tǒng)10’中，吸附劑材料22’與非熱能等離子反應(yīng)器分隔開。吸附劑材料22’可以位于反應(yīng)器20’的上游(見圖18)或下游(未示出)。在所述實(shí)施例中，吸附劑材料22’通常是用傳統(tǒng)方法吸附污染物的傳統(tǒng)活性炭纖維?？梢詫?duì)纖維進(jìn)行編織以增加表面積?？梢杂闷渌絼┎牧咸娲钚蕴坷w維，例如填充的活性炭床(未示出)，或加壓的活性炭過濾器(未示出)。因?yàn)榉菬崮艿入x子反應(yīng)器20’與吸附材料分隔開，所以系統(tǒng)10’包括用于有選擇地產(chǎn)生熱量的熱源23’，以便在解吸/再生過程中使碳纖維22’加熱解吸。熱源23’可以是一排傳統(tǒng)的加熱燈泡，例如圖18所示的紅外加熱燈泡23’?？商鎿Q的是，熱源可以是沿或通過纖維22’延伸的發(fā)熱導(dǎo)線(未示出)、蒸汽發(fā)生器(未示出)、電或氣體加熱器(未示出)或其他傳統(tǒng)熱源。作為另一種可替換的是，熱源可以簡(jiǎn)單地包括一個(gè)將電流施加給纖維22’的電路。
空氣再循環(huán)系統(tǒng)21’通常包括一個(gè)再循環(huán)風(fēng)扇35’、在解吸/再生過程中使空氣在系統(tǒng)10’中循環(huán)的回氣管31’、以及在吸附階段中關(guān)閉斷回氣管31’的葉片組19’。在該所示的實(shí)施例中，風(fēng)扇35’與風(fēng)扇12’分隔開?？商鎿Q的是，可以只提供一個(gè)風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，例如在吸附階段中使空氣流過系統(tǒng)10’，并在解吸/再生階段中使空氣流過系統(tǒng)10’?；貧夤?1’提供的流路從非熱能等離子反應(yīng)器20’下游端到吸附材料22’的上游端。在該所示的實(shí)施例中，回氣管31’提供的流路從葉片組18’的正上游處到葉片組16’的正下游處?；貧夤?1’的結(jié)構(gòu)使空氣再循環(huán)通過所有內(nèi)部空氣處理構(gòu)件。然而這并不是必需的，回氣管31’的結(jié)構(gòu)可以改變，將某些構(gòu)件例如預(yù)過濾器14’和HEPA過濾器29’與再循環(huán)流路排除。葉片組19’與葉片組16’和18’共同按照上述傳統(tǒng)方法運(yùn)行。葉片組19’可以用其它打開和關(guān)閉回氣管31’的結(jié)構(gòu)替代。
與空氣處理系統(tǒng)10一樣，空氣處理系統(tǒng)10’按照兩個(gè)階段循環(huán)運(yùn)行。在吸附階段中，葉片組16’和18’開啟，風(fēng)扇12’通電，使得周圍環(huán)境空氣流過系統(tǒng)10’。在該階段中，葉片19’關(guān)閉，封住回氣管31’，風(fēng)扇35’被切斷供電。這就防止空氣通過系統(tǒng)10’再循環(huán)。空氣朝預(yù)過濾器14’、HEPA過濾器29’和碳纖維吸附劑22’經(jīng)歷不同水平的處理。系統(tǒng)10’在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候從吸附階段切換到解吸/再生階段。
在解吸/再生階段中，葉片組16’和18’關(guān)閉，從而將系統(tǒng)10’的內(nèi)部與周圍環(huán)境隔斷。另外，葉片組19’打開，給風(fēng)扇35’通電，使空氣流過回氣管31’，由此在系統(tǒng)10’中建立再循環(huán)氣流。此外，熱源23’和非熱能等離子反應(yīng)器20’被啟動(dòng)。熱源23’產(chǎn)生能從碳纖維中熱解吸出污染物的熱。風(fēng)扇35’使空氣流過預(yù)過濾器14’、HEPA過濾器29’和碳纖維22’。當(dāng)空氣流過碳纖維22’時(shí)，它就帶走被解吸的污染物。然后流動(dòng)空氣通過反應(yīng)器20’產(chǎn)生的等離子，以便離解污染物。最后，風(fēng)扇35’使空氣通過回氣管31’流回到空氣處理系統(tǒng)的早期階段，使空氣通過預(yù)過濾器14’、HEPA過濾器29’、碳纖維22’和非熱能等離子反應(yīng)器20’進(jìn)行再循環(huán)。這樣，空氣使碳纖維22’中解析出的污染物到達(dá)對(duì)污染物進(jìn)行毀壞的非熱能等離子反應(yīng)器20’。因?yàn)榭諝膺B續(xù)通過系統(tǒng)10’進(jìn)行循環(huán)，所以在單一通路中未被毀壞的污染物將通過系統(tǒng)10’再循環(huán)，回到非熱能等離子反應(yīng)器20’。根據(jù)測(cè)定解吸/再生過程的時(shí)間，污染物可以多次通過非熱能等離子反應(yīng)器20’。通過預(yù)先確定提供解吸/再生等級(jí)所需要的時(shí)間以及將測(cè)定的時(shí)間在控制器中編程后，就可以對(duì)測(cè)定解吸/再生階段的時(shí)間進(jìn)行控制?？商鎿Q的是，系統(tǒng)10’可以包括連續(xù)監(jiān)測(cè)流過系統(tǒng)10’的空氣中的污染物水平的常規(guī)傳感器(未示出)。由傳感器(未示出)提供的信息可以在例如空氣出口中的污染物水平超過預(yù)定閾值時(shí)用于觸發(fā)解吸/再生過程，例如當(dāng)循環(huán)空氣中的污染物水平下降到預(yù)定閾值以下時(shí)，確定結(jié)束該階段的時(shí)間。
反應(yīng)器吸附劑如圖2所示，所示實(shí)施例的反應(yīng)器包括對(duì)置的電極24和26，電極之間有一個(gè)吸附劑材料床。所述實(shí)施例的吸附劑提供相對(duì)于體積比有比較大的表面積，吸附劑包括疏水沸石和特定介電數(shù)值的材料。沸石分成天然化合物和合成化合物，合成化合物是具有一定孔結(jié)構(gòu)的微孔晶狀固體。大多數(shù)常見沸石包括硅石、鋁和氧原子，它們形成具有空隙的三維結(jié)構(gòu)，有機(jī)化合物可以在里面吸附。但是，在該結(jié)構(gòu)中可以含有許多其它元素。硅石相對(duì)于鋁和其它元素雜質(zhì)的比例不同使沸石中的連接發(fā)生變化，這就確定了空隙的形狀和大小。當(dāng)硅石的數(shù)量相對(duì)于鋁的含量增加時(shí)，沸石就會(huì)變得更加疏水。當(dāng)濕度增加時(shí)，這些沸石吸附的水蒸汽就少，這些沸石對(duì)于VOCs是比較好的吸附劑。
介電材料是不良電流導(dǎo)體材料，但它是有效的靜電場(chǎng)載體。通常，金屬氧化物具有大介電數(shù)值。具有大介電數(shù)值的材料的例子是鈦酸鋇。本發(fā)明的吸附劑床含有吸附劑，例如沸石，和具有大介電數(shù)值的材料，例如鈦酸鋇。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將鈦酸鋇粉末與例如勃姆石礬土的粘合劑混合，將粘合劑分散在水中，并噴灑到被擠壓的沸石顆粒中。在干燥以后這就會(huì)變成涂有高介電材料的吸附劑顆粒。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，吸附劑由與高介電材料混合的沸石構(gòu)成，將其擠壓成小珠、擠壓顆粒、粉末，并將其研磨或壓碎，成為不同的特定尺寸。用于將高介電數(shù)值材料固定到沸石上的合適粘結(jié)劑包括硅酸鈉、礬土、膠體礬土和膠體硅石。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，將像活性炭這樣的吸附劑擠壓成合適的形狀，然后被涂覆高介電數(shù)值材料，例如鈦酸鋇。這種涂覆足以用絕緣材料涂覆炭顆粒，并防止通過床的弧光出現(xiàn)?；钚蕴康暮锰幵谟谄湮侥芰Ρ确惺母?，但性能很大程度上取決于濕度。
圖3為具有兩個(gè)吸附劑材料床38和39的多床反應(yīng)器，這兩個(gè)床夾在三個(gè)電極32、34和36之間。電極的結(jié)構(gòu)應(yīng)使中心電極34對(duì)著兩個(gè)外側(cè)電極32和36。在這種結(jié)構(gòu)中，流過反應(yīng)器的空氣沿垂直于電極的方向流動(dòng)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易明白，反應(yīng)器可以用多個(gè)位于相對(duì)電極之間的吸附劑床構(gòu)成。
圖4為具有三個(gè)吸附劑材料床46、47和48的多床反應(yīng)器，這三個(gè)床夾在相對(duì)電極42、43、44和45之間。在這種結(jié)構(gòu)中，空氣沿平行于電極42、43、44和45的方向流動(dòng)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易明白，反應(yīng)器可以用多個(gè)位于相對(duì)電極之間的吸附劑床構(gòu)成。
圖5為圓柱形反應(yīng)器，第一電極52位于圓柱形的芯部，第二電極54限定圓柱形的外表面，芯和外表面之間的體積中至少部分地填有如上所述的吸附材料56。
通過用上述吸附劑涂覆一個(gè)透氣基片得到另一種反應(yīng)器裝置。合適的結(jié)構(gòu)可以使空氣通過，而通過介質(zhì)的氣路很可能使空氣接觸吸附劑。透氣基片的可行結(jié)構(gòu)包括.由陶瓷、無機(jī)纖維、金屬或塑料構(gòu)成的蜂窩狀整體結(jié)構(gòu)；.纖維基片；.網(wǎng)狀泡沫；.金屬網(wǎng)或多孔金屬網(wǎng)；.由波紋材料制成的整體結(jié)構(gòu)。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員很清楚可以采用其它結(jié)構(gòu)。
在另一個(gè)空氣處理系統(tǒng)10’中，吸附劑材料22’與反應(yīng)器20’分隔開。因此，反應(yīng)器20’不一定包括吸附劑材料。在所示的實(shí)施例中，在吸附階段中，反應(yīng)器20’沿空氣流路處在吸附劑材料22’的下游。在解吸/再生階段中，反應(yīng)器20’沿空氣流路可以交替地處在幾乎任何位置?，F(xiàn)在參見圖19，系統(tǒng)10’的反應(yīng)器20’主要包括一對(duì)處在襯墊25’相反兩側(cè)的對(duì)置的電極24’和26’。在所示的實(shí)施例中，電極24’和26’由傳統(tǒng)不銹鋼絲網(wǎng)制成。首先選擇網(wǎng)的間隔，以防止介電材料或催化劑露出反應(yīng)器20’。反應(yīng)器20’可以有選擇地包括基本為任何傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電極。該實(shí)施例的襯墊25’是陶瓷邊框，例如圖19所示的矩形框。襯墊25’可以包括可更換的楔形塊27’，楔形塊可以進(jìn)入反應(yīng)器20’的內(nèi)部37’。在該實(shí)施例中，可以拆下楔形塊27’，以便能夠?qū)⒔殡姴牧?3’和/或催化劑設(shè)置在反應(yīng)器20’的內(nèi)部37’中。介電材料改善等離子的工況，并可以包括各種各樣的傳統(tǒng)介電材料中的任何材料。在該實(shí)施例中，介電材料33’包括若干礬土小珠，這些小珠可以合理地平衡任何用途的成本和介電常數(shù)。小珠的直徑通常大于電極24’和26’的上的孔，以便將小珠捕獲在反應(yīng)器20’中。通過拆下楔形塊27’將介電小珠33’注入反應(yīng)器20’中。在介電小珠33’安裝完畢以后，放回楔形塊27’，以關(guān)閉介電小珠33’?？梢杂谜澈蟿┗驒C(jī)械固定結(jié)構(gòu)將楔形塊27’固定到襯墊25’上。例如，可以將楔形塊27’摩擦地裝配到襯墊25’中，楔形塊可以包括能將該楔形塊27’夾裝定位的夾子(未示出)，也可以用螺絲或其它固定件(未示出)對(duì)其進(jìn)行固定?？商鎿Q的是，楔形塊27’可以被拆除，在組裝反應(yīng)器20’的時(shí)候，例如在將成品電極24’或26’固定到襯墊25’上時(shí)可以添加介電材料。正如下面將詳細(xì)描述的那樣，反應(yīng)器20’還可以包括一個(gè)或多個(gè)便于分解污染物的催化劑?？梢詫⒁粋€(gè)獨(dú)立的催化劑與介電材料一起添加到內(nèi)部37’，也可以選擇具有所需催化特征的介電材料。盡管所述的反應(yīng)器20’為矩形盒，但根據(jù)所需的用途，包括電極24’，26’和襯墊25’的反應(yīng)器20’的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)可以變化。例如，包括電極24’，26’和襯墊25’的反應(yīng)器20’的尺寸和形狀可以變化，以適應(yīng)相應(yīng)空氣處理系統(tǒng)殼體的尺寸限制。
催化劑催化劑可以提高非熱能等離子中的有機(jī)污染物的分解。由于在非熱能等離子中形成臭氧，所以有助于分解臭氧的催化劑在反應(yīng)器中有其作用。因此，用在這種產(chǎn)品中的吸附劑可以包括添加的催化劑?？捎玫拇呋瘎┦琴F金屬，例如鉑和鈀、氧化錫、氧化鎢、氧化錳、氧化銅、氧化鐵、氧化鈰、氧化釩及其混合物。本領(lǐng)域的技術(shù)人員很明白，也可以用其它催化劑。
將催化劑添加到吸附劑中的一個(gè)變型是在反應(yīng)器中的一個(gè)獨(dú)立介質(zhì)上具有催化劑，例如網(wǎng)狀泡沫或其他表面積大的基片。
盡管碳是一種反應(yīng)劑而不是催化劑，但活性炭對(duì)臭氧的分解也是很有效的?；钚蕴渴褂脮r(shí)的形狀可以是活性炭織物形狀、支撐在表面積大的介質(zhì)上的微粒形狀、或大顆粒的層疊床形狀。
在空氣處理系統(tǒng)10’中可以添加催化劑，以對(duì)污染物進(jìn)行很好的分解。催化劑可以設(shè)置在非熱能等離子反應(yīng)器20’中的吸附材料22’上，也可以沿空氣循環(huán)流路設(shè)置在其他部位。在圖18和19所示的實(shí)施例中，將催化劑(未示出)添加到非熱能等離子反應(yīng)器20’中。具體地說，將催化劑涂覆在介電小珠33’的表面上。將涂覆有催化劑的介電小珠33’設(shè)置在反應(yīng)器20’的內(nèi)部37’。所述小珠上可以涂覆鈦酸鋇、二氧化鈦、二氧化錳或其它催化劑，例如其它金屬氧化物，以提高臭氧和其他污染物的分解速度。
電極設(shè)計(jì)本發(fā)明的電極用于產(chǎn)生許多光束或多組離開電極表面的高能電子。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將反應(yīng)器設(shè)計(jì)成介電阻擋放電反應(yīng)器，其中的至少一個(gè)電極上涂覆有介電材料，或是在電極之間有介電材料。將高壓AC或脈沖電源施加到電極上。電荷先聚集在介電材料的表面上，再將電荷被釋放到空氣中，表面上的電荷需要時(shí)間在放電區(qū)域中再充電。這種介電阻擋系統(tǒng)的好處在于在兩個(gè)電極之間幾乎沒有弧光。介電阻擋放電的缺點(diǎn)就是需要大量電能處理給定量的空氣。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)器使用的是裸電極，而且沒有介電阻擋。這種設(shè)計(jì)更加有效，但需要進(jìn)行控制，以便確保不產(chǎn)生弧光。本領(lǐng)域的技術(shù)人員很清楚，也可以采用其他反應(yīng)器設(shè)計(jì)。
圖6表示使用兩個(gè)電極62和64的反應(yīng)器60的一個(gè)實(shí)施例，電極或是用金屬網(wǎng)、多孔金屬網(wǎng)或打孔金屬構(gòu)成。這種設(shè)計(jì)可以使空氣通過電極。在各電極之間的區(qū)域中承載吸附材料66是非導(dǎo)電多孔基片。在正常運(yùn)行時(shí)，空氣通過反應(yīng)器，污染物被吸附。不管電極是否涂覆介電材料，這種設(shè)計(jì)可以被認(rèn)為是根據(jù)電極之間的多孔介質(zhì)的設(shè)計(jì)進(jìn)行介電阻擋放電或是電暈放電。
圖7為與圖6所示反應(yīng)器類似的反應(yīng)器70，只是非導(dǎo)電多孔介質(zhì)76含有吸附劑材料，該介質(zhì)位于流過兩個(gè)電極72和74的氣流中。在這種設(shè)計(jì)中，空氣流過電極72和74，產(chǎn)生高能電子，被電離的空氣分子通過多孔介質(zhì)76?？諝庵械淖杂苫馕脱趸徊东@在吸附劑上的污染物，所述吸附劑被裝在多孔介質(zhì)76中。這種設(shè)計(jì)可以是介電阻擋放電或電暈放電，這取決于電極的設(shè)計(jì)。在解吸/再生模式中，這種設(shè)計(jì)需要空氣流動(dòng)，以便將自由基移動(dòng)到多孔介質(zhì)76中。
圖8是將多孔介質(zhì)84用作其中一個(gè)電極的另一個(gè)反應(yīng)器80的實(shí)施例。在導(dǎo)電網(wǎng)電極82和離導(dǎo)電多孔介質(zhì)84的最近表面之間產(chǎn)生放電。這種反應(yīng)器的作用與圖7所示的反應(yīng)器類似，離子和自由基在該反應(yīng)器中產(chǎn)生，然后通過多孔介質(zhì)。根據(jù)導(dǎo)電網(wǎng)電極的設(shè)計(jì)，將這種反應(yīng)器設(shè)計(jì)成介電阻擋放電或電暈放電。
圖9示出的反應(yīng)器設(shè)計(jì)90使用涂覆有吸附劑96并且極性錯(cuò)開的平行板95。如果反應(yīng)器設(shè)計(jì)是電暈放電或介電阻擋放電，則可以確定吸附劑涂層的成分。
圖10所示的反應(yīng)器設(shè)計(jì)與圖9所示的反應(yīng)器類似，只是所有板102的極性相同。交錯(cuò)極性104的電極由板之間的導(dǎo)線或桿構(gòu)成。電極也可以是涂覆有吸附劑106的平板之間的平板或網(wǎng)。如果吸附劑涂層106可以作為介電阻擋使用，則反應(yīng)器就是這種反應(yīng)器設(shè)計(jì)。這種反應(yīng)器也可以根據(jù)吸附劑涂層作為電暈放電運(yùn)行。
圖11示出的是其他電極設(shè)計(jì)。沿如圖所示的實(shí)線或類似圖案沖切金屬板，形成切通金屬的多個(gè)三角形切口。將三角形的邊沖切成鋸齒邊，以便增加尖端數(shù)。然后沿虛線彎折90度，形成具有多個(gè)尖端的多孔電極，這有助于使高能電子進(jìn)入空氣。這些附圖僅僅是解釋一個(gè)電極的一小部分，因?yàn)槔硐腚姌O上有許多尖端。
如上所述，圖19示出的是空氣處理系統(tǒng)10’的反應(yīng)器20’。在該所示的實(shí)施例中，反應(yīng)器20’通常包括一對(duì)網(wǎng)電極24’和26’。電極可以用不銹鋼制成以耐腐蝕和提供比較長(zhǎng)的壽命。電極材料和/或分解催化劑可以加在電極24’和26’之間，但對(duì)于反應(yīng)器20’的運(yùn)行來講這并不是非常必需的。
電源不論床的特性如何變化，為了有效正常運(yùn)行，在所描述的實(shí)施例中，本發(fā)明包括一個(gè)能夠適應(yīng)非熱能等離子反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)變化的動(dòng)力電源。電源最好包括用感應(yīng)耦合彼此耦合的一個(gè)初級(jí)電路和一個(gè)次級(jí)電路。第一方面，電源能夠調(diào)節(jié)功率輸出，使負(fù)載匹配，保持諧振，這在下面將會(huì)詳細(xì)描述。這可以是電源更小更有效。而用傳統(tǒng)電源時(shí)，要調(diào)整電源將負(fù)載維持在預(yù)定的特征。因此，當(dāng)負(fù)載與電源調(diào)整的預(yù)定特征不匹配時(shí)效率就要打折。盡管可以使用預(yù)先調(diào)整的電源，但動(dòng)力電源，例如下面描述的電源的好處會(huì)很明顯。這種設(shè)計(jì)可以跨越預(yù)定的頻率范圍，并自動(dòng)將系統(tǒng)維持在諧振頻率。作為另一個(gè)好處，感應(yīng)耦合最好包括一個(gè)可以限制電流越過間隙的氣隙，由此限制非熱能等離子反應(yīng)器中形成熱光束。如果熱光束形成峰值初始電流狀態(tài)，立即就會(huì)受到限制。當(dāng)電場(chǎng)減少到電子附著占優(yōu)勢(shì)的部位時(shí)，就可以阻止認(rèn)為是光束的短暫放電。這樣就識(shí)別到光束變化或熱光束的短暫放電。保持熱光束的電流相當(dāng)大，這種電流會(huì)因?yàn)樵斐商蓟鴮?duì)床產(chǎn)生不利影響。在各種運(yùn)行條件下，在有效地控制光束能量的情況下限制通過反應(yīng)器的熱光束對(duì)低成本系統(tǒng)是非常重要的。當(dāng)反應(yīng)器改變，并調(diào)節(jié)不同運(yùn)行情況下的諧振時(shí)，由于有一個(gè)限制電壓的系統(tǒng)，所以就易于控制動(dòng)力，也有助于小型低成本系統(tǒng)。電源限制能力也受諧振中心的效率影響，不管離中心多遠(yuǎn)，電源也與負(fù)載匹配。通過設(shè)計(jì)合適的阻抗，根據(jù)驅(qū)動(dòng)方法選擇負(fù)載側(cè)串聯(lián)或并聯(lián)的匹配電容，就可以預(yù)先使負(fù)載與最佳頻率匹配。電源可以用來產(chǎn)生對(duì)高壓電容進(jìn)行充電的AC電。該電源可以用來對(duì)AC電容充電，并控制施加于高壓DC上的AC信號(hào)。該電源可以用作AC電源。驅(qū)動(dòng)頻率取決于床的設(shè)計(jì)以及在期待運(yùn)行范圍的諧振校正能力。
在一個(gè)實(shí)施例中，電源也包括一個(gè)根據(jù)運(yùn)行特征例如吸附劑阻抗或反應(yīng)器阻抗調(diào)節(jié)施加到非熱能等離子反應(yīng)器上的電能的控制系統(tǒng)。例如，在監(jiān)測(cè)電能消耗時(shí)通過為床提供高壓脈沖確定反應(yīng)器阻抗。高濕度床會(huì)消耗比較多的電能，其運(yùn)行頻率與低濕度床的也不相同?？梢栽诘碗妷合聹y(cè)量反應(yīng)器阻抗，但高壓脈沖可以對(duì)負(fù)載作更全面的分析。如果空氣中存在O2和H2O，就會(huì)使反應(yīng)器床周圍的空氣或氣體帶負(fù)電。驅(qū)除由床吸附的濕氣的熱對(duì)提高這種效果特別有效。用本實(shí)施例的控制順序?qū)Υ沧髁嗽囼?yàn)，開始的電能按照不損壞床的安全范圍驅(qū)散濕氣。利用電源上的電流反饋?zhàn)儔浩骺梢院芊奖愕乇O(jiān)控電能。還有必須說明的是，上面討論的自搜索諧振供應(yīng)器的跨度可以覆蓋反應(yīng)器的阻抗范圍。也可以選擇用于限制床干燥處理的電源。在該實(shí)施例中電壓可以是最容易控制的參數(shù)。所供給的電壓沿一條與反應(yīng)器中的濕度曲線相反的曲線變化。也就是說，濕度越低，產(chǎn)生非熱能離子所需要的電壓越高，濕度越高的情況不會(huì)形成非熱能離子，但在床再生以前會(huì)產(chǎn)生足夠多的熱量驅(qū)散濕度。這種設(shè)計(jì)可以兼顧諧振，同時(shí)監(jiān)控床的阻抗，驅(qū)散濕度，以形成最佳的非熱能離子。
將上面討論的電源控制用于各種非熱能離子和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。下面各章節(jié)主要是可以與這些控制一起使用的驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)換方法。
A.脈沖AC上述AC電源在脈沖控制中相當(dāng)有效。利用床的阻抗可以控制頻率和脈沖控制或上升時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)快速的上升時(shí)間，將床設(shè)計(jì)成可以調(diào)節(jié)，以便提供高的諧振頻率。這通過改變床阻抗和電阻來完成。用多床、用串聯(lián)床、并聯(lián)床或任何組合實(shí)現(xiàn)諧振調(diào)節(jié)，從而在所選材料的物理性質(zhì)內(nèi)選擇頻率。床的厚度可以要求不同數(shù)量的床，例如串聯(lián)的兩個(gè)或20個(gè)床。使床變薄或變厚可以有助于控制電容量和電阻。通過控制電極面積(平方英寸)也控制了電阻和電容量。在特定驅(qū)動(dòng)條件和床的條件下，這些特征的組合在很大程度上確定了床的諧振頻率。
B.脈沖DC在該設(shè)計(jì)中，AC自諧振電源得到整流，并對(duì)高壓電容器進(jìn)行充電。使用的控制方法論相同，但也要對(duì)床的諧振進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制。這對(duì)于操作并不是必需的，但可以提高系統(tǒng)的效率。將同類自諧振電源用于產(chǎn)生DC，然后在諧振頻率下轉(zhuǎn)換DC。
C.具有脈沖AC的DC具有AC波紋的DC大大增強(qiáng)了傳導(dǎo)結(jié)果。DC提供的是DC電暈，同時(shí)AC也允許AC電暈放電。由于在產(chǎn)生DC放電和AC放電的部位具有DV電壓值，所以產(chǎn)生兩種放電，所述AC放電產(chǎn)生被添加到該DC電壓上的光束。這就意味著因?yàn)殡妱?shì)已經(jīng)在DC電位上，所以AC可以用較少的上升時(shí)間得到相同的結(jié)果，而且AC只需要增加到產(chǎn)生光束的點(diǎn)即可。
現(xiàn)在參照?qǐng)D12到17詳細(xì)描述電源的實(shí)施例。參見圖1和12，感應(yīng)耦合鎮(zhèn)流電路140是在高頻下運(yùn)行的自振蕩半橋轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。一旦實(shí)現(xiàn)諧振，感應(yīng)耦合鎮(zhèn)流電路140就自振蕩，它將MOSFET晶體管用作轉(zhuǎn)換元件，并設(shè)計(jì)成適合于容納空心變壓器耦合排列，這樣就簡(jiǎn)化了非熱能等離子反應(yīng)器組件20的設(shè)計(jì)。因?yàn)榭招淖儔浩黢詈吓帕惺怯筛袘?yīng)耦合鎮(zhèn)流電路140產(chǎn)生的，所以非熱能等離子反應(yīng)器組件20可以方便地進(jìn)行更換。
如圖13所示，上述實(shí)施例的感應(yīng)耦合鎮(zhèn)流電路140通常包括一個(gè)控制單元102，一個(gè)控制電路142，一個(gè)振蕩器144，一個(gè)驅(qū)動(dòng)器146，一個(gè)半橋轉(zhuǎn)換電路148，一個(gè)串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150。非熱能等離子反應(yīng)器裝置14通常包括次級(jí)線圈52，次級(jí)電路152和非熱能等離子反應(yīng)器20(見圖1)。振蕩器144與控制電路142電連接，通過將電信號(hào)提供給控制電路142激勵(lì)振蕩器144。在運(yùn)行期間，振蕩器144提供電信號(hào)以控制驅(qū)動(dòng)器146，然后再使半橋轉(zhuǎn)換電路148受到激勵(lì)。半橋轉(zhuǎn)換電路148激勵(lì)串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150，該串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150再感應(yīng)激勵(lì)非熱能等離子反應(yīng)器20。
如上所述以及如圖13所示，非熱能等離子反應(yīng)器組件14包括次級(jí)線圈52，諧振次級(jí)電路152和非熱能等離子反應(yīng)器20，同時(shí)電子組件44裝有控制電路142，振蕩器144，驅(qū)動(dòng)器146，半橋轉(zhuǎn)換電路148和串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150。如上所述，一旦串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150受到激勵(lì)，在非熱能等離子反應(yīng)器組件14中的次級(jí)線圈52就被感應(yīng)激勵(lì)，這由圖13中的諧振儲(chǔ)能電路150和次級(jí)線圈52之間的連線表示。鎮(zhèn)流電路運(yùn)行的頻率范圍根據(jù)床的預(yù)期特征范圍改變。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，諧振頻率可以是串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150和非熱能等離子反應(yīng)器組件14中被選擇作為組件選擇功能的任何希望頻率。
參見圖14，控制電路142與控制單元102和振蕩器144電連接。控制電路142包括多個(gè)電阻156，158，160，162，164，166，多個(gè)電容器168，170，172，一個(gè)二極管174，第一運(yùn)算放大器176和第二運(yùn)算放大器178。如上所述，電阻156與第一直流(DC)電源180、控制單元102的輸出和電阻158連接。電阻158也與二極管174、電阻160和電容器168相連。第一DC電源180與電容器168相連，該電容器也與二極管174相連。本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，二極管174還與接地端182相連。電阻160與運(yùn)算放大器176的負(fù)輸入端和運(yùn)算放大器178的正輸入端相連，以實(shí)現(xiàn)從控制單元102到運(yùn)算放大器176，178的電流路徑。
現(xiàn)在再參見圖14所示的控制電路142，電阻162與第二DC電源184連接并且和電阻164和166串連。電阻166與接地端182和電容器170相連，電容器170又與第一DC電源180和電阻164相連。運(yùn)算放大器176的正輸入端電連接在電阻162和164之間，這樣在運(yùn)行時(shí)為運(yùn)算放大器176提供DC基準(zhǔn)電壓。運(yùn)算放大器178的負(fù)輸入端電連接在電阻164和166之間，這樣在運(yùn)行時(shí)為運(yùn)算放大器178提供DC基準(zhǔn)電壓。下面將詳細(xì)描述，運(yùn)算放大器176和178的輸出與振蕩器144相連。
在運(yùn)行期間，控制電路142接收控制單元102的電信號(hào)，當(dāng)控制單元102產(chǎn)生的輸入電壓處在某一電壓窗內(nèi)時(shí)，該控制電路又作為只進(jìn)行轉(zhuǎn)換的窗口比較器?？刂茊卧?02出來的優(yōu)選信號(hào)是AC信號(hào)，通過感應(yīng)耦合鎮(zhèn)流電路140的剩余組件，AC信號(hào)與其工作周期一起使控制單元102接通和切斷非熱能等離子反應(yīng)器20，這將在下面進(jìn)行描述。在控制單元發(fā)生故障時(shí)控制電路142還防治錯(cuò)誤觸發(fā)，并進(jìn)行正?？刂啤?br>
如圖14所示，第一DC電源180和第二DC電源184為圖14所示的電路供電。本領(lǐng)域技術(shù)人員很清楚，DC電源電路是本領(lǐng)域公知的，它不在本范明的范疇內(nèi)。對(duì)于本發(fā)明的目的來講，重要的是要注意有這些電路，而且這些電路能夠由給定的AC或DC電源產(chǎn)生各種DC電壓值。本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，如果需要，圖5中所示的電路可以設(shè)計(jì)成在不同DC電壓值下運(yùn)行，本發(fā)明不限于任何具體的DC電壓值。
在圖14所示的實(shí)施例中，將控制電路142的輸出與一個(gè)互鎖電路190連接，以防止非熱能等離子反應(yīng)器60在空氣處理系統(tǒng)10沒有正確裝配好時(shí)被激勵(lì)。該互鎖電路190包括一個(gè)磁互鎖傳感器192，多個(gè)電阻193，194，196，198，200，202，204，一個(gè)晶體管206和一個(gè)二極管208。將磁互鎖傳感器192安裝定位，如果空氣處理器10的屏蔽或蓋子沒有牢固定位，空氣處理器10就不會(huì)激勵(lì)非熱能等離子反應(yīng)器20。本領(lǐng)域技術(shù)人員很清楚，磁互鎖傳感器192可以設(shè)置在空氣處理器10的任何合適部位。
參見圖14，如上所述，如果磁互鎖傳感器192檢測(cè)到空氣處理器10沒有得到合適裝配時(shí)，控制電路142的輸出就通過晶體管206連接到接地端182，使磁互鎖電路190運(yùn)行。本領(lǐng)域技術(shù)人員很清楚，如果空氣處理器10沒有得到合適裝配，磁互鎖傳感器192的輸出使電流流過電阻194，196和198，以激勵(lì)晶體管206的柵極，由此將控制電路142的輸出信號(hào)短接到接地端182。第二DC電源184通過電阻193為磁互鎖傳感器192供電，磁互鎖傳感器192也與接地端182連接。另外，磁互鎖傳感器192通過電阻200，202，204，二極管208，第一DC電源180和第二DC電源184的組合件向控制單元102發(fā)送信號(hào)。該信號(hào)還使控制單元102確定空氣處理組件10沒有得到合適裝配的時(shí)間。為此，磁互鎖電路190提供兩種方法保證在空氣處理組件10沒有得到合適裝配時(shí)不使非熱能等離子反應(yīng)器20受到激勵(lì)。磁互鎖對(duì)于本發(fā)明的運(yùn)行并不是必需的。
再次參見圖14，在空氣處理系統(tǒng)10運(yùn)行期間，振蕩器144提供激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器146的電信號(hào)。如上所述，一旦電信號(hào)通過控制電路142由控制單元102發(fā)出，振蕩器144立即運(yùn)行。顯然，振蕩器144也可以由其他所有能夠?qū)φ袷幤?44激勵(lì)和去激勵(lì)的設(shè)備控制。所示的振蕩器144包括一個(gè)運(yùn)算放大器210，一個(gè)線性偏置電阻212，一個(gè)緩沖電路214，一個(gè)緩沖反饋保護(hù)電路216和一個(gè)正反饋電路218。在運(yùn)行期間，運(yùn)算放大器210接收控制電路142、線性偏置電阻212和正反饋電路218的輸入信號(hào)。運(yùn)算放大器210也與第二DC電源184和接地端182相連，由此激勵(lì)運(yùn)算放大器210。
如圖14所示，所示的緩沖電路214包括第一晶體管220，第二晶體管222和一對(duì)電阻224，226。將運(yùn)算放大器210的輸出與晶體管220，222的柵極相連，由此控制晶體管220，222的運(yùn)行。第二DC電源184與電阻224相連，電阻224也與晶體管220的集電極相連。晶體管220的發(fā)射極與電阻226、晶體管22的發(fā)射極和驅(qū)動(dòng)器146的輸入相連。晶體管222的集電極與接地端182相連。在運(yùn)行期間，緩沖電路214使運(yùn)算放大器210的輸出信號(hào)緩沖，防止負(fù)載的變化提升振動(dòng)頻率。此外，緩沖電路214提高了感應(yīng)耦合鎮(zhèn)流電路140的有效增益，這有助于確保振蕩器144的快速啟動(dòng)。
緩沖反饋保護(hù)電路216包括一對(duì)通過電阻226與緩沖電路214的輸出電連接的二極管228，230。如圖5所示，第二DC電源184與二極管228的陰極相連。二極管228的陽極和二極管220的陰極與電阻226和線性偏置電阻212連接。線性偏置電阻212為運(yùn)算放大器21的負(fù)輸入端提供偏置反饋信號(hào)。另外，二極管230的陽極與接地端182相連，這就完成了緩沖反饋保護(hù)電路216。在反應(yīng)器20運(yùn)行期間，緩沖反饋保護(hù)電路216使緩沖電路214不受漏極-柵極密勒效應(yīng)反饋的影響。
如圖14所示，電流檢測(cè)電路或正反饋電路218包括第一復(fù)繞變壓器232，多個(gè)電阻234，236，238，一對(duì)二極管240，242和一個(gè)電容器244。如圖5所示，變壓器232最好包括兩個(gè)在半橋轉(zhuǎn)換電路148的輸出和串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150的輸入之間并聯(lián)連接的初級(jí)線圈。變壓器232最好包括兩個(gè)串聯(lián)連接的初級(jí)線圈，而不是單一初級(jí)線圈來減少變壓器初級(jí)側(cè)的總電阻，由此減少變壓器232對(duì)儲(chǔ)能電路150的負(fù)面影響。在其他應(yīng)用中，可以將變壓器的初級(jí)側(cè)分成數(shù)量不同的初級(jí)線圈。例如，在減少變壓器負(fù)面影響并不重要的情況下，變壓器232可以只包括一個(gè)初級(jí)線圈，在需要進(jìn)一步減少變壓器232負(fù)面影響的情況下，變壓器232可以包括三個(gè)或更多的初級(jí)線圈。
變壓器232次級(jí)線圈的第一引線與電阻234，236，238，二極管240，242和運(yùn)算放大器210的正輸入端電連接。變壓器232次級(jí)線圈的第二引線與電阻238，二極管242的陰極，二極管240的陽極和電容器244連接。同樣，如圖5所示，電阻238和二極管242，244與變壓器232的次級(jí)線圈并聯(lián)連接。電容器244也與運(yùn)算放大器210的負(fù)輸入端電連接。此外，電阻234與第二DC電源184相連，電阻236與接地端182相連。電阻234，236，238使運(yùn)算放大器免于電流過載，二極管240，242對(duì)發(fā)送到運(yùn)算放大器210輸入端的反饋信號(hào)進(jìn)行限幅。
在運(yùn)行期間，振蕩器144接收為電容器244充電的控制電路142的信號(hào)，控制電路再將電信號(hào)發(fā)送到運(yùn)算放大器210的負(fù)輸入端。運(yùn)算放大器210的輸出端電連接到驅(qū)動(dòng)器146，這樣就使半橋轉(zhuǎn)換電路148得到激勵(lì)。如圖14所示，將晶體管232連接在該電流路徑中，并通過電阻234，236，238送回電信號(hào)，這就限制了電流，并且最終使電信號(hào)返回到運(yùn)算放大器210的輸入端，從而提供電流檢測(cè)反饋。由晶體管提供的電流檢測(cè)反饋使振蕩器144進(jìn)行自諧振，在控制單元102切斷空氣處理系統(tǒng)10或互鎖電路190的晶體管206將輸入發(fā)送到下面的振蕩器144以前，感應(yīng)耦合鎮(zhèn)流電路103保持振蕩。
具體地說，正反饋電路218(或電流檢測(cè)電路)給運(yùn)算放大器210提供用于控制振蕩器144的定時(shí)的反饋，從而振蕩器144不削弱儲(chǔ)能電路150在諧振頻率下進(jìn)行振蕩的固有傾向。通常，串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150中的電流流過變壓器232的初級(jí)線圈，由此在變壓器232的次級(jí)線圈中感應(yīng)電壓。變壓器232產(chǎn)生的AC信號(hào)被疊加到由電阻234和236設(shè)定的DC參考信號(hào)上。運(yùn)算放大器210最好是常用的差分運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器部分根據(jù)正引線上的信號(hào)振幅和負(fù)引線上的信號(hào)振幅之間的差提供輸出。由于運(yùn)算放大器210的相對(duì)引線與變壓器232次級(jí)線圈的相對(duì)側(cè)連接，所以提供給運(yùn)算放大器210正引線的信號(hào)與提供給運(yùn)算放大器210負(fù)引線的信號(hào)振幅基本相同，但極性相反。因此，運(yùn)算放大器210的輸出根據(jù)電流反饋電路的振蕩信號(hào)在參考信號(hào)的上下振動(dòng)。最好在飽和與切斷之間交替驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器210，由此提供基本為方波的輸出。當(dāng)運(yùn)算放大器210的輸出超過參考信號(hào)時(shí)，晶體管220被驅(qū)動(dòng)到“導(dǎo)通”，而晶體管222被驅(qū)動(dòng)到“截止”，由此使電容器248充電，使電容器250放電。當(dāng)運(yùn)算放大器210的輸出降到參考信號(hào)以下時(shí)，晶體管222被驅(qū)動(dòng)到“導(dǎo)通”，而晶體管220被驅(qū)動(dòng)到“截止”，由此使電容器248放電，使電容器250充電。電容器248和250交替充電和放電產(chǎn)生被施加到驅(qū)動(dòng)器146初級(jí)線圈上的交流信號(hào)，這在下面將詳細(xì)介紹?，F(xiàn)在結(jié)合圖15詳細(xì)描述該電路的頻移(或諧振搜尋)操作。在該描述中，初級(jí)線圈中的電流由波形600表示，電流變壓器210中的電壓由波形602表示，電流反饋信號(hào)由波形604表示(所示的是沒有被二極管240和242限幅的情況)。如上所述，運(yùn)算放大器210在飽和與切斷之間交替受到驅(qū)動(dòng)，其中轉(zhuǎn)換周期在波形的飽和部分和切斷部分之間。轉(zhuǎn)換周期的長(zhǎng)度由電流反饋信號(hào)的斜率表示。運(yùn)算放大器210的定時(shí)取決于轉(zhuǎn)換周期的長(zhǎng)度。通過改變轉(zhuǎn)換周期的長(zhǎng)度控制運(yùn)算放大器210輸出信號(hào)中的轉(zhuǎn)換定時(shí)。通過驅(qū)動(dòng)器146長(zhǎng)期保持定時(shí)變化，這就截平了儲(chǔ)能電路150中信號(hào)。利用電流變壓器232將截平的儲(chǔ)能電路150中的信號(hào)回送到電流反饋信號(hào)中，以長(zhǎng)期保持頻率變化。當(dāng)有增加的負(fù)載被施加到次級(jí)電路上時(shí)，儲(chǔ)能電路150中的電流振幅就會(huì)相應(yīng)增大。在圖15中用波形606表示該增大的信號(hào)。儲(chǔ)能電路150中增大的信號(hào)引起電流變壓器232中的電壓相應(yīng)增高。電流變壓器232中增高的電壓用波形608表示。最后，電流變壓器232中增高的電壓引起電流反饋信號(hào)的振幅增大，這由波形610(示出的是二極管240和242沒有限幅)表示。增大的電流反饋信號(hào)在與零相交處的斜率較大，所以使得運(yùn)算放大器210及時(shí)從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)狀態(tài)。這又使得運(yùn)算放大器220和222及時(shí)轉(zhuǎn)換，并使施加到驅(qū)動(dòng)器146上的AC信號(hào)及時(shí)交變。歸根結(jié)底，在由半橋轉(zhuǎn)換電路148施加給儲(chǔ)能電路150的信號(hào)定時(shí)中存在相應(yīng)的變化。由半橋轉(zhuǎn)換電路148施加的信號(hào)定時(shí)的變化具有截平儲(chǔ)能電路150中的固有振蕩信號(hào)的效果，由此改變儲(chǔ)能電路150中的信號(hào)定時(shí)。將儲(chǔ)能電路150中的截平的信號(hào)回送到電流檢測(cè)電路218。這樣就改變了施加給運(yùn)算放大器210的電流反饋信號(hào)，由此長(zhǎng)期保持時(shí)間變化，并使振蕩器的頻率提高。用這種方法，振蕩器144和驅(qū)動(dòng)器146可以使儲(chǔ)能電路150改變其頻率，從而不論負(fù)載如何變化都保持在諧振。當(dāng)施加到次級(jí)電路上的負(fù)載減少時(shí)，振蕩器144的頻率按照基本與上述頻率增加時(shí)的相反方法減少。簡(jiǎn)言之，減少的負(fù)載使得儲(chǔ)能電路150的電流減少。這又使得電流變壓器232中的感應(yīng)電壓降低，并使電流反饋信號(hào)的振幅降低。減小的電流反饋信號(hào)的斜率變小，因此使運(yùn)算放大器210及時(shí)實(shí)現(xiàn)飽和與切斷飽和之間的轉(zhuǎn)換。晶體管220和222也及時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由此改變驅(qū)動(dòng)器146的定時(shí)和轉(zhuǎn)換電路148的定時(shí)。轉(zhuǎn)換電路148的定時(shí)變化的凈效率在于增大儲(chǔ)能電路150的信號(hào)。將增大的信號(hào)回送到電流檢測(cè)電路218中，在此使該信號(hào)回到運(yùn)算放大器210中，以便使振蕩器144的頻率持續(xù)減小。當(dāng)半橋轉(zhuǎn)換電路148在儲(chǔ)能電路150中的電流信號(hào)的零交處交變時(shí)，得到的性能最佳。這就使轉(zhuǎn)換電路148提供給儲(chǔ)能電路150的能量的定時(shí)達(dá)到最佳。在某些應(yīng)用中，可能需要或要求改變電流反饋信號(hào)的相位，以提供所需要的時(shí)限。例如，在某些應(yīng)用中，各種電路器件的寄生作用會(huì)使電流反饋信號(hào)的相位改變。在這些應(yīng)用中，電流檢測(cè)電路可以帶有一些器件，例如RC電路，以便將信號(hào)返回到校準(zhǔn)狀態(tài)，使得轉(zhuǎn)換電路148在與零交叉處交變。圖17示出的是可選電流檢測(cè)電路218’的一部分，它包括一個(gè)用于將電流反饋信號(hào)的相位移位120度的RC電路。在該實(shí)施例中，電流檢測(cè)電路218’與上述實(shí)施例的電流檢測(cè)電路218基本相同，不同的是它包括沿引線接回到運(yùn)算放大器210的兩個(gè)電容器800，802和兩個(gè)電阻804，806。在需要的情況下，圖17還示出了電流變壓器232的次級(jí)線圈可以與接地端182連接，以便提供零參考電壓。
現(xiàn)在再參見圖14，振蕩器144的輸出與驅(qū)動(dòng)器146電連接，在該實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器包括第二多繞組變壓器246的第一初級(jí)線圈。在該實(shí)施例中，因?yàn)樽儔浩?46的相位分布保證半橋轉(zhuǎn)換電路148交替受到驅(qū)動(dòng)而避免擊穿導(dǎo)通，所以第二變壓器246是比較好的驅(qū)動(dòng)器146。將電容器248，250雙雙與變壓器246的第二初級(jí)線圈電連接，由此防止DC電流過多地流過變壓器246。電容器248也與接地端182相連，電容器250也與第二DC電源184相連。
變壓器246的兩個(gè)次級(jí)線圈與半橋轉(zhuǎn)換電路148電連接，在運(yùn)行期間，半橋轉(zhuǎn)換電路148接收變壓器246的能量。也如圖5所示，從電學(xué)上來講將半橋轉(zhuǎn)換電路148置換成由變壓器246的兩個(gè)次級(jí)線圈驅(qū)動(dòng)的MOSFET圖騰柱半橋轉(zhuǎn)換電路252。MOSFET圖騰柱半橋轉(zhuǎn)換電路252包括第一MOSFET晶體管254和第二MOSFET晶體管256，這兩個(gè)晶體管的好處多于傳統(tǒng)雙極晶體管轉(zhuǎn)換電路的好處。通過多個(gè)電阻258，260，262，264將驅(qū)動(dòng)器146的能量傳送給MOSFET晶體管254，256。將MOSFET晶體管254，256設(shè)計(jì)成在零電流時(shí)進(jìn)行軟轉(zhuǎn)換，在運(yùn)行時(shí)這兩個(gè)晶體管僅顯示傳導(dǎo)損失。由MOSFET晶體管254，256產(chǎn)生的輸出是正弦波，其諧波少于傳統(tǒng)雙極晶體管產(chǎn)生的諧波。在運(yùn)行期間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，使用MOSFET晶體管254，256還有因減少M(fèi)OSFET晶體管254，256產(chǎn)生的無線電頻率影響所得到的好處。
在圖14所示的半橋轉(zhuǎn)換電路148中，變壓器246的第一次級(jí)線圈與電阻258及電阻260相連。變壓器246的第二次級(jí)線圈與電阻262及電阻264相連。電阻260與MOSFET晶體管254的柵極相連，電阻264與MOSFET晶體管256的柵極相連。如上所述，變壓器246的第一次級(jí)線圈和電阻258與MOSFET晶體管254的發(fā)射極相連。變壓器246的第二次級(jí)線圈和電阻264與MOSFET晶體管256的柵極相連。MOSFET晶體管254的集電極與第二DC電源184相連，MOSFET晶體管254的發(fā)射極與MOSFET晶體管256的集電極相連。MOSFET晶體管256的發(fā)射極和電阻262與接地端182相連。
驅(qū)動(dòng)器146的另一個(gè)好處在于多繞組變壓器246是很常用的將柵極驅(qū)動(dòng)電壓提供給MOSFET晶體管254，256的方法，該電壓大于第二DC電源184的電壓。MOSFET晶體管254，256還有一個(gè)好處是因?yàn)樵谒鼈兊脑O(shè)計(jì)中具有避免使MOSFET圖騰柱半橋轉(zhuǎn)換電路252受到負(fù)載瞬變的固有二極管特性。另外，因負(fù)載變化從串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150返回的過壓由MOSFET晶體管254，256中的內(nèi)在二極管送回到電網(wǎng)中。
現(xiàn)在參見圖14，半橋轉(zhuǎn)換電路148的輸出與串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150的輸入相連，該串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路再為非熱能等離子反應(yīng)器組件20感應(yīng)供電(圖1)。如上所述，在本發(fā)明實(shí)施例中，使振蕩器144的正反饋電路218與半橋轉(zhuǎn)換電路148的輸出和串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150的輸入相連，從而在運(yùn)行期間為振蕩器144的運(yùn)算放大器210提供電流感應(yīng)反饋。如圖14所示，通過變壓器232的次級(jí)線圈將半橋轉(zhuǎn)換電路148的輸出與串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150的輸入相連。
參見圖14，串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150包括感應(yīng)耦合器270、并聯(lián)連接的一對(duì)儲(chǔ)能電容器271，272、一對(duì)二極管274，276和一個(gè)電容器278。感應(yīng)耦合器270與變壓器232的次級(jí)線圈相連，并被連接在儲(chǔ)能電容器271，272之間。儲(chǔ)能電容器271還與第二DC電源184相連，儲(chǔ)能電容器272還與接地端182相連。另外，儲(chǔ)能電容器271和第二DC電源184與二極管274的陽極相連。二極管274的陰極和電容器278都與第二DC電源182相連。電容器278與二極管276的陽極和接地端182相連。儲(chǔ)能電容器272還與二極管276的陰極相連。
重要的是要注意串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150會(huì)碰到感應(yīng)耦合鎮(zhèn)流電路140的連接構(gòu)件的所有寄生感應(yīng)。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)榧纳袘?yīng)是串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150碰到的組合感應(yīng)，在諧振范圍以外的任何情況下，這種感應(yīng)都會(huì)限制向負(fù)載(非熱能等離子反應(yīng)器裝置20)進(jìn)行動(dòng)力傳輸。次級(jí)線圈52的電感和次級(jí)電路152也反射出確定和限制被傳送到非熱能等離子反應(yīng)器裝置20的次級(jí)線圈上的電能的阻抗值。通常，強(qiáng)力振蕩器/變壓器的組合因?yàn)榧纳头瓷渥杩苟哂须娔軅鬏敇O限。換句話說，變壓器和電容器的阻抗似乎與負(fù)載串聯(lián)，由此限制了電能的傳輸能力。
在所述的實(shí)施例中，串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150的運(yùn)行頻率由感應(yīng)耦合器270的電感和電容器271，272的并聯(lián)電容值確定，這將根據(jù)用途而變化，在大部分情況下，這根據(jù)反應(yīng)器床的特性而變化。儲(chǔ)能電容器271，272的耗散系數(shù)應(yīng)當(dāng)很小，而且應(yīng)當(dāng)能夠處理高的電流水平。如上所述，鎮(zhèn)流電路140通過電流檢測(cè)電路218的反饋信號(hào)搜索諧振。電流反饋信號(hào)正比于諧振儲(chǔ)能電路150的電流。通過調(diào)節(jié)儲(chǔ)能電容器271，272的值，鎮(zhèn)流電路103能夠?qū)ふ抑C振的頻率范圍就很容易得到改變。例如，通過增加儲(chǔ)能電容器271，272的值，通常就能減小頻率范圍。
感應(yīng)耦合器270的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的匝數(shù)可以根據(jù)特定非熱能等離子反應(yīng)器組件20的要求而改變。在所述的實(shí)施例中，由于在高頻運(yùn)行時(shí)因產(chǎn)生的大電流引起的邊緣效應(yīng)，所以感應(yīng)耦合器270使用絞合線，這是因?yàn)榻g合線在性能和運(yùn)行溫度方面都特別有效。如上所述，在運(yùn)行期間，感應(yīng)耦合器270為非熱能等離子反應(yīng)器裝置20的次級(jí)線圈52感應(yīng)供電。
在該實(shí)施例中，感應(yīng)耦合器270的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈由氣隙分隔開。感應(yīng)耦合器270的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的間隙可以用來調(diào)節(jié)耦合系數(shù)，由此調(diào)節(jié)非熱能等離子反應(yīng)器20的工作點(diǎn)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的那樣，感應(yīng)耦合器270和次級(jí)線圈52之間的氣隙導(dǎo)磁性可以通過改變感應(yīng)耦合器270和次級(jí)線圈52之間的距離得到調(diào)節(jié)。顯然，用感應(yīng)耦合器270和次級(jí)線圈52形成的空心變壓器內(nèi)的氣隙可以有選擇地進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便限制從感應(yīng)耦合器270傳輸?shù)酱渭?jí)線圈52的電能。另外，有選擇地調(diào)節(jié)氣隙可以調(diào)節(jié)振蕩器144的控制響應(yīng)。此外，當(dāng)次級(jí)線圈52被感應(yīng)通電時(shí)，選擇氣隙導(dǎo)磁率可以平衡感應(yīng)耦合鎮(zhèn)流電路140的過流保護(hù)與振蕩器144的帶寬和響應(yīng)度。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的那樣，當(dāng)感應(yīng)耦合器270在次級(jí)線圈52和感應(yīng)耦合器270之間的氣隙內(nèi)感應(yīng)磁通時(shí)，次級(jí)線圈52就感應(yīng)通電。在所示的實(shí)施例中，磁通是交流通量，在努力保持諧振的情況下，其頻率最好由振蕩器144控制。
在運(yùn)行期間，振蕩器144可以控制串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150和非熱能等離子反應(yīng)器裝置20的諧振頻率附近的頻率。如上所述，正反饋電路128監(jiān)測(cè)串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150中的反射阻抗，以便使感應(yīng)耦合鎮(zhèn)流電路140自振蕩到電能傳輸效率最佳的頻率。例如，如果非熱能等離子反應(yīng)器組件14對(duì)串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150反射的阻抗有少許變化，則正反饋電路128可以調(diào)節(jié)頻率，從而校正電能傳輸效率的變化。
例如在阻抗變得很低的情況下，例如當(dāng)非熱能等離子反應(yīng)器60在短路情況下失效時(shí)，氣隙就限制電流增加。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，氣隙的作用是限制可以反射出的阻抗數(shù)值。另外，反射出的阻抗會(huì)造成阻抗不匹配，而這種不匹配使電能回過來造成對(duì)返回到串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150的電能的反射。顯然，到串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150的電能的反射會(huì)限制電能向次級(jí)線圈52的傳輸。根據(jù)氣隙和諧振頻率控制的共同作用，感應(yīng)耦合鎮(zhèn)流電路140可以最佳地進(jìn)行有效運(yùn)行，同時(shí)得到所要求的過流保護(hù)。
空心變壓器的構(gòu)造可以使非熱能等離子反應(yīng)器裝置20進(jìn)行簡(jiǎn)單有效的更換。另外，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于因?yàn)橛懈袘?yīng)耦合鎮(zhèn)流電路103，所以耦合時(shí)不需要專門接觸非熱能等離子反應(yīng)器裝置20。此外，這種構(gòu)造不需要能夠兼顧防水，腐蝕和/或其他害處的導(dǎo)體或其他類似導(dǎo)電機(jī)構(gòu)。
現(xiàn)在再參見圖14，鎮(zhèn)流反饋電路122與串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150的感應(yīng)耦合器270和控制單元102電連接。鎮(zhèn)流反饋電路122將反饋提供給控制單元102，同時(shí)感應(yīng)耦合鎮(zhèn)流電路103將電能提供給非熱能等離子反應(yīng)器60。這樣就使控制單元102監(jiān)測(cè)由感應(yīng)耦合器270提供給非熱能等離子反應(yīng)器組件20的次級(jí)線圈的能量。這樣提供的控制單元102能夠確定非熱能等離子反應(yīng)器20是接通還是切斷，在另一個(gè)實(shí)施例中，還能夠確定施加給非熱能等離子反應(yīng)器20的電流和電壓量。
如圖14所示，鎮(zhèn)流反饋電路122包括一個(gè)運(yùn)算放大器280，一對(duì)電阻282，284，一對(duì)二極管286，288和一個(gè)電容器290。將串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150的信號(hào)引向二極管286的陽極。二極管286的陰極與電容器290和電阻282相連。另外，電阻282與二極管288的陽極、電阻284和運(yùn)算放大器280的正輸入端相連。電阻284也與運(yùn)算放大器280的正輸入端極和第一DC電源相連。電容器290也與第一DC電源180相連，而二極管288的陰極與第二DC電源184相連。運(yùn)算放大器280的正輸入端直接與運(yùn)算放大器280的輸出相連。運(yùn)算放大器280的輸出與控制單元102相連，由此將運(yùn)算放大器280的反饋信號(hào)提供給控制單元102。
如上所述，次級(jí)電路152可以包括一個(gè)電容器312，通過串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150的感應(yīng)耦合器270(見圖14)改變非熱能等離子反應(yīng)器60的阻抗，該電容器就改變和限制由次級(jí)線圈52提供給非熱能等離子反應(yīng)器20的電流。顯然，通過根據(jù)非熱能等離子反應(yīng)器60和次級(jí)線圈52的阻抗選擇電容器312的值，非熱能等離子反應(yīng)器組件20的阻抗就可以與電源(串聯(lián)儲(chǔ)能電路150)匹配。此外，非熱能等離子反應(yīng)器阻抗20可以在與串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路150諧振頻率類似的頻率下變成諧振，由此使耦合最佳，反射的電能最小。
在一個(gè)實(shí)施例中，鎮(zhèn)流電路140也包括一個(gè)用于監(jiān)測(cè)鎮(zhèn)流電路產(chǎn)生電流的電流限制電路700，當(dāng)其落在所要求的參數(shù)以外時(shí)，該電流限制電路切斷電路。電流限制電路700可以被做成在超過電流閾值(即上限)或落到范圍(即上下限)以外時(shí)就使鎮(zhèn)流電路103失去作用。在用小電流或不穩(wěn)定電流運(yùn)行可能會(huì)造成負(fù)載受損的情況下應(yīng)用時(shí)，上下限特別有用。
電流限制電路700的一個(gè)實(shí)施例顯示在圖16中。該電流限制電路700包括一個(gè)用于產(chǎn)生與初級(jí)線圈270中流過的電流成正比的電流的電流傳感變壓器702。最好通過在電流檢測(cè)電路218的電流感應(yīng)變壓器232的磁芯周圍形成一個(gè)線芯來制成該電流變壓器702。來自電流變壓器702的電流在電阻704兩端降低。另一個(gè)電阻706被連接到鎮(zhèn)流電路的輸入電壓。當(dāng)輸入電壓改變時(shí)，輸入電壓的特性曲線使電位變化。這就在輸入電壓變化時(shí)使電流變壓器702接近實(shí)際性能。電阻708使電壓偏離接地電壓，這有助于將電流變壓器的可變電壓提高到運(yùn)算放大器710可以檢測(cè)到的水平。將電阻712連接在電壓源184和運(yùn)算放大器710的正輸入端之間。將電阻714連接在接地端182和運(yùn)算放大器710的正輸入端之間。電阻712和714建立用于設(shè)定運(yùn)行和非運(yùn)行模式的極限值或閾值。將電阻716連接在電流變壓器70和運(yùn)算放大器710的負(fù)輸入接線端之間，以防止運(yùn)算放大器710從電流變壓器102得到太大的電流。運(yùn)算放大器702的輸出與集成電路720連接，該集成電路最好是常用鎖存器或觸發(fā)器，例如IC14044。當(dāng)運(yùn)算放大器702的輸出被驅(qū)動(dòng)為高時(shí)，鎖存器被觸發(fā)，由此鎖存住禁止信號(hào)。在按壓或用其他方法啟動(dòng)手動(dòng)復(fù)位開關(guān)722以前，集成電路720最好將鎮(zhèn)流電路103維持在被禁止的條件。另外，可以用一個(gè)計(jì)時(shí)電路(未示出)代替復(fù)位開關(guān)722，在限定時(shí)間過后，該計(jì)時(shí)電路復(fù)位電流限制電路700。電流限制電路700也可以包括一個(gè)可以試驗(yàn)該電流限制電路700運(yùn)行的試驗(yàn)電路724。該試驗(yàn)電路724與電源184連接，并有一個(gè)電阻726和開關(guān)728。在壓下或用其他方法啟動(dòng)開關(guān)728時(shí)，就將超過閾值的電流提供給運(yùn)算放大器710。如果運(yùn)行正常，該電流就使電流限制電路700禁止鎮(zhèn)流電路103。
作為一種替換，可以用編好程序的微處理器監(jiān)測(cè)電流變壓器702的電流，以便在電流超過理想閾值或不在理想范圍內(nèi)時(shí)禁止鎮(zhèn)流電路。但在某些應(yīng)用中，微處理器不能有足夠的速度來提供可接受的響應(yīng)時(shí)間。
以上描述是本發(fā)明包括優(yōu)選實(shí)施例的不同實(shí)施例的描述。在不超出本發(fā)明精神和范圍的前提下可以進(jìn)行各種變換和改變，這些變換和改變均限定在根據(jù)專利法的原則描述的權(quán)利要求書中，并包括等同物在內(nèi)。所有用單數(shù)例如用冠詞“一”，“一個(gè)”，“該”或“所述”請(qǐng)求的元件的標(biāo)記都不構(gòu)成為將元件限定成單個(gè)。
權(quán)利要求
1.用于處理環(huán)境空氣的空氣處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)具有進(jìn)口、出口和連接所述進(jìn)口和所述出口的氣流路徑的殼體；沿所述氣流路徑設(shè)置的吸附劑材料；沿所述氣流路徑設(shè)置的非熱能等離子反應(yīng)器；沿所述氣流路徑使環(huán)境的空氣流過所述進(jìn)口并流過所述出口返回到環(huán)境中的設(shè)備；用于關(guān)閉所述氣流路徑的至少一部分而與環(huán)境隔斷的設(shè)備，由此使所述吸附劑材料和所述反應(yīng)器與環(huán)境隔離；和用于在吸附階段和解吸/再生階段使系統(tǒng)運(yùn)行的控制設(shè)備，在吸附階段期間使環(huán)境空氣流過系統(tǒng)進(jìn)行處理，在解吸/再生階段期間啟動(dòng)所述關(guān)閉設(shè)備，使所述吸附劑材料和所述反應(yīng)器與環(huán)境隔離，并啟動(dòng)所述反應(yīng)器設(shè)備以處理所述殼體內(nèi)的污染物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括在所述解吸/再生期間使空氣再循環(huán)流過所述吸附劑材料和所述反應(yīng)器的再循環(huán)設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述吸附劑材料與所述反應(yīng)器分隔開，流過所述吸附劑材料和所述反應(yīng)器的空氣將所述吸附劑材料中的污染物帶到所述反應(yīng)器中進(jìn)行處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述再循環(huán)設(shè)備包括一個(gè)用于限定出一個(gè)使空氣再循環(huán)通過系統(tǒng)的空氣流路的回氣管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中所述再循環(huán)設(shè)備包括一個(gè)在所述吸附階段期間關(guān)閉所述回氣管而在所述解吸/再生階段期間打開所述回氣管的設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中所述吸附劑材料包括活性炭纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)器包括一對(duì)分隔開的網(wǎng)狀電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)器包括設(shè)置在所述電極之間的介電材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)器包括設(shè)置在所述電極之間的催化劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中所述使空氣流動(dòng)的設(shè)備包括第一風(fēng)扇，在所述解吸/再生階段期間第一風(fēng)扇被切斷通電；和其中所述再循環(huán)設(shè)備包括一個(gè)第二風(fēng)扇，在所述解吸/再生階段期間該風(fēng)扇使空氣再循環(huán)通過系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，還包括一個(gè)沿所述氣流路徑設(shè)置的HEPA過濾器。
12.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，還包括一個(gè)熱源，在所述解吸/再生階段期間該熱源使所述吸附劑材料熱解吸。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中所述介電材料包括氧化鋁珠。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述催化劑是二氧化錳。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述熱源包括一個(gè)加熱燈。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述控制設(shè)備包括在所述解吸/再生階段期間嚙合所述加熱燈的設(shè)備。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中將所述吸附劑材料設(shè)置在所述反應(yīng)器內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中所述用于使空氣流動(dòng)的設(shè)備在所述解吸/再生階段期間不動(dòng)作。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中所述吸附劑材料包括多種沸石。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，還包括涂覆在所述沸石上的介電材料。
21.一種空氣處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)殼體；設(shè)置在所述殼體內(nèi)的吸附劑材料；設(shè)置在所述殼體內(nèi)的非熱能等離子反應(yīng)器；通過至少所述吸附劑材料的吸附流路；通過至少所述吸附劑材料和所述反應(yīng)器的解吸/再生流路；用于在吸附階段和解吸/再生階段使系統(tǒng)運(yùn)行的控制設(shè)備，在所述吸附階段期間所述控制設(shè)備使環(huán)境空氣流過所述吸附流路，所述吸附劑在此吸附所述空氣中攜帶的污染物，在所述解吸/再生階段期間所述控制設(shè)備使空氣流過所述解吸/再生流路，所述反應(yīng)器在此摧毀由所述吸附劑材料釋放出的污染物。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中所述吸附流路至少部分地與所述解吸/再生流路共同擴(kuò)張。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述吸附流路包括一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口；和控制設(shè)備包括一個(gè)在所述解吸/再生階段期間關(guān)閉所述進(jìn)口和出口而在所述吸附階段期間打開所述進(jìn)口和出口的設(shè)備。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中所述控制設(shè)備包括在所述解吸/再生階段期間使空氣再循環(huán)流過所述解吸/再生流路的設(shè)備。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中所述解吸/再生流路包括一個(gè)回氣管，該回氣管將所述吸附劑材料和反應(yīng)器下游端和所述吸附劑材料和反應(yīng)器上游端連接。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中所述控制設(shè)備包括一個(gè)在所述吸附階段期間關(guān)閉所述回氣管而在所述吸附階段期間打開所述回氣管的設(shè)備。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)器包括一對(duì)分隔開的電極。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中在所述電極之間設(shè)置介電材料。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其中所述介電材料包括多個(gè)氧化鋁珠。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述解吸/再生流路中的催化劑。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中將所述催化劑設(shè)置在所述反應(yīng)器內(nèi)。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的系統(tǒng)，還包括涂覆在所述氧化鋁珠上的催化劑。
33.根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，還包括與所述吸附劑材料相鄰設(shè)置的熱源；和其中所述控制設(shè)備包括在所述解吸/再生階段期間起動(dòng)所述熱源的設(shè)備。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其中所述熱源包括一個(gè)加熱燈。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的系統(tǒng)，其中所述吸附劑材料包括吸附劑纖維。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的系統(tǒng)，其中所述吸附劑材料是活性炭纖維。
37.一種處理環(huán)境空氣的方法，該方法包括如下步驟提供一個(gè)在殼體中有吸附劑材料和非熱能等離子反應(yīng)器的空氣處理系統(tǒng)；對(duì)于吸附階段期間的時(shí)間周期使環(huán)境空氣至少流過吸附劑材料并使空氣返回環(huán)境；對(duì)于解吸/再生階段期間的時(shí)間周期使吸附劑材料和反應(yīng)器與環(huán)境分隔開，并起動(dòng)反應(yīng)器；使系統(tǒng)交替在吸附階段和解吸/再生階段運(yùn)行。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，還包括在解吸/再生階段使空氣再循環(huán)通過吸附劑材料和反應(yīng)器的步驟。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中所述再循環(huán)步驟包括通過一個(gè)回氣管使空氣從吸附劑材料和反應(yīng)器下游端流到吸附劑材料和反應(yīng)器上游端的步驟。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，還包括在解吸/再生階段期間打開回氣管而在吸附階段期間關(guān)閉所述回氣管的步驟。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，還包括在解吸/再生階段為吸附劑材料加熱的步驟。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中所述加熱步驟包括起動(dòng)一個(gè)與吸附劑材料相鄰的加熱燈的步驟。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，還包括為反應(yīng)器提供一對(duì)分隔開的電極以及設(shè)置在電極之間的介電材料的步驟。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，還包括在解吸/再生階段使空氣在催化劑上流過的步驟。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中將催化劑涂覆在介電材料上。
全文摘要
一種減少空氣污染物的方法和裝置(10’)，它利用污染物吸附劑(22’)除去空氣中的污染物，利用非熱能等離子(20’)對(duì)污染物解吸和氧化或消毒。吸附劑(22’)可以包括單一的沸石化合物，這種化合物具有高電解值的物質(zhì)。非熱能等離子反應(yīng)器(20’)的電能探尋系統(tǒng)的諧振頻率并在系統(tǒng)的諧振頻率下運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，將吸附劑材料(22’)與非熱能等離子反應(yīng)器(20’)分隔開。在該實(shí)施例中，在解吸/再生階段為吸附劑材料提供熱量，以便熱解吸污染物。使空氣在系統(tǒng)中再循環(huán)，以便將解吸的污染物從吸附劑材料移動(dòng)到非熱能等離子反應(yīng)器中進(jìn)行分解。再循環(huán)空氣反復(fù)使污染物流過反應(yīng)器，直至污染物被摧毀或完成解吸/再生階段。
文檔編號(hào)A61L9/22GK1691966SQ03823858
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2003年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月7日
發(fā)明者R·M·泰勒, R·W·屈嫩 申請(qǐng)人:通達(dá)商業(yè)集團(tuán)國(guó)際公司