專利名稱：無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器即純負氧離子源產(chǎn)品，屬于人工環(huán)境科技和電氣候?qū)W的應用領域。
眾所周知，負氧離子被稱為“空氣維生素”有重要的醫(yī)療保健應用價值。1985年前后，中國有100多家工廠生產(chǎn)此類產(chǎn)品，但都是有臭氧的，1986年11月5日，重慶日報報道了美國哥倫比亞大學卡米亞·博雷克教授的研究結果“即使小劑量的臭氧也是致癌性的，”此后不久，中國的負氧離子發(fā)生器工廠幾乎全部消聲匿跡。
十多年來，隨著人們的環(huán)境意識的不斷增強，特別是人口老齡化和環(huán)境污染的日益惡化，國內(nèi)負氧離子發(fā)生器的生產(chǎn)銷售又開始悄然迅速升溫，但包括外商在國內(nèi)生產(chǎn)出口的產(chǎn)品在內(nèi)，依然是有臭氧產(chǎn)品，而且負氧離子標稱濃度只有1985年的十分之一左右，即105/cm3，市場需要無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器類產(chǎn)品填補空白。
另一方面，負氧離子的生物效應方面的研究，取得了長足的進步，例如，將兩組小白鼠放入大水池中，小白鼠游向設在池中的許多立桿往上爬(求生)，吹過負離子風一段時間的一組，可堅持4小時，對照組只能爬1小時32分鐘即掉入水中；關于人體內(nèi)的致癌物“自由基”的研究證明，人體內(nèi)95％以上是氧“自由基”即缺少一個電子的氧原子O+，O+為自身的穩(wěn)定，就會奪取鄰近O中的一個電子，這樣奪來奪去就象“三角債”一樣不能平衡，有“人體內(nèi)的三角債”一文為證(光明日報肖祥云文)而負氧離子通過人的肺進入人體血液內(nèi)就有消除這種氧自由基的可能；航天醫(yī)學的研究結果證明一定濃度的空氣負離子環(huán)境對反映小鼠種經(jīng)調(diào)節(jié)功能的間腦腦干5-HT，巨噬細胞吞噬率和吞噬指數(shù)、血清溶血素、脾抗原結合細胞數(shù)等多項免疫功能指標，均有一致性的全面增效效應。充分證明負氧離子技術在未來生物醫(yī)學的應用方面具有極其重要的地位和應用開發(fā)的重要價值。
無臭氧負氧離子發(fā)生器，十多年來成為眾多科技人員的研究熱點，但從檢索到的許多“無臭氧負氧離子發(fā)生器”專利申請看，有的用紫外線消除臭氧，有的在發(fā)射電極附近設濕水棉花筒，以蒸發(fā)出的水分子與電子結合成H2O-，防止O3的產(chǎn)生，但這種消極消除臭氧的產(chǎn)品不僅使用不便，要不時加水或產(chǎn)生的不是O2-，而且，事實上也沒有能成為無臭氧負氧離子發(fā)生器，例如CN2146799申請仍有5PPb臭氧、CN2236622申請有O30.2mg/M3、CN2192946申請，只保證離出口5cm處無臭氧、CN1107373申請O3≤3PPb、CN2049831申請只保證離出口10cm處無臭氧，有的對O3生成的過程和防止方法的說法均是不能成立的等等?？v觀相關發(fā)明的現(xiàn)狀，充分證明，研究開發(fā)無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器，具有十分重要的現(xiàn)實意義和社會經(jīng)濟價值。
本實用新型的目的，就是要設計出一種無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器的純離子源系列產(chǎn)品，不僅在無臭氧設計的理論上有新的突破，而且使其系列產(chǎn)品結構簡單、性能可靠、使用方便、功能齊全、能夠滿足要求日高的市場需要，如便攜式使用的需要、車船等運載工具中使用的需要、各種室內(nèi)和家庭應用包括醫(yī)用的需要、空調(diào)器及空調(diào)系統(tǒng)的配套需要等，特別是滿足今后各種生物醫(yī)學高層次應用開發(fā)的需求。
本實用新型的目的是采用以下設計思路和技術方案實現(xiàn)的無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器，屬于人工環(huán)境科技和電氣侯學的應用研究領域，根據(jù)國內(nèi)外科學家的研究認為，負氧離子發(fā)生器產(chǎn)品主要以負氧離子的產(chǎn)率、濃度、純度包括臭氧含量和單極系數(shù)q來表示其產(chǎn)品的質(zhì)量。單報系數(shù)是指所產(chǎn)生的正離子數(shù)Ω+和負離子數(shù)Ω-的比值，即
研究已知大氣層時q＝1.2；海拔升高q值趨近于1；療養(yǎng)地q值小于1；潔凈室內(nèi)q值比正常值高的多。由此可見設計一種好的負氧離子發(fā)生器，應當使其負氧離子產(chǎn)率大、濃度高、不含臭氧、單極系數(shù)為零最好。這就是本實用新型設計的目標和指導思想。
本實用新型的無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器的設計方案是它由針狀場致電子發(fā)射負電極，加到針狀場致電子發(fā)射負電極上的負高壓電源、機殼等三部分構成。為了防止臭氧的產(chǎn)生和防止陽極對陰極表面逸出功的影響，從而保證在大氣條件下場致發(fā)射的穩(wěn)定性，首先針狀場致電子發(fā)射負電極采用了單極發(fā)射的電極結構，不設正電極即陽極；為了大大增加場致發(fā)射的自由電子數(shù)量，也即增加負氧離子的產(chǎn)率和濃度，針狀場致電子發(fā)射負電極可以是單根電極針或多根電極針組成的直線行列式或環(huán)形均布的發(fā)射陣列；所說的加到針狀場致電子發(fā)射負電極及其陣列上的負高壓電源為了滿足在大氣條件下場致電子發(fā)射必須克服大氣分子吸附對發(fā)射電極表面逸出功產(chǎn)生的嚴重影響的需要，采用了各種不同的負脈動或負脈沖高壓電源；所說的機殼、除有普通造形、工藝美術造形及不同大小之分外，其機殼上負氧離子的輸出窗口，均是按照抗靜電的要求設計制造的；按照以上三部分的不同設計，從而排列組合成適用于便攜式、車船等運載工具使用、室內(nèi)和家用包括醫(yī)用、空調(diào)和空氣凈化系統(tǒng)配套使用等各種無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器產(chǎn)品。
本實用新型將真空場致電子發(fā)射理論移植到大氣條件下使用，還采取了許多具體技術措施所說的針狀場致電子發(fā)射負電極，是選用低逸出功材料中的鎢、鉬、鎢錸合金、特種不銹鋼等材質(zhì)的高純度的特殊金屬和合金制造的；所說的針狀場致電子發(fā)射負電極尖端形狀，可分為三種第一種是一順尖的尖端，其尖端的園弧小于半園形，第二種為非一順尖的尖端以下有瓶頸的尖端為半球形，第三種為非一順尖的尖端以下有瓶頸的尖端球面園弧大于半球形；其尖端的直徑約為φ0.03-φ0.001mm，尖端的端面積約為10-5cm2～10-9cm2，其尖端是制成一般針狀后，經(jīng)特殊的熱處理使其成形達到表面光滑而穩(wěn)定的狀態(tài)而制成的；所說的電極針的直線行列式排列的發(fā)射陣列，其每行的針狀場致電子發(fā)射負電極數(shù)在3～10范圍，行數(shù)為1～3行。采用環(huán)形均布發(fā)射陣列的，由內(nèi)到外的環(huán)數(shù)在1～3的范圍，其每環(huán)的針狀場致電子發(fā)射負電極數(shù)在4～16的范圍；所說的負高壓脈動或脈沖電源的輸入電源可以是1.5～12伏的電池以滿足便攜式使用的車船等運載工具中使用的需要，可以是市電交流電源以滿足其它各種室內(nèi)應用包括醫(yī)用的需要；形成負高脈動或脈沖的振蕩器，可由門電路與場效應功率放大管構成省電的電路滿足使攜式微小型產(chǎn)品的要求，可由555時其集成電路與功率三極管構成滿足便攜式或運載工具中使用的需要，也可用三極管單管振蕩器構成或可控硅開關電路構成，以滿足室內(nèi)使用的各種需要；振蕩輸出經(jīng)高壓升壓變壓器升為高壓后再經(jīng)半波高壓整流器整流，獲得負脈動或負脈中高壓輸出；輸出電壓為5～50KV范圍；所說的機殼上的負氧離子輸出窗口的抗靜電設計要求是指窗口部分選用了抗靜電的材料、輸出窗口棚條間的距離或輸出窗孔的孔徑不小于6mm或?qū)Υ翱诓糠诌M行抗靜電表面處理，使其表面形成抗靜電涂層。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果有1.采用金屬的場致電子發(fā)射原理形成負氧離子，獲得的全是O2-純負氧離子。
2.采用單極電極結構防止了臭氧的產(chǎn)生，經(jīng)測試樣機出口處不產(chǎn)生臭氧。
3.采用單極電極結構和場致電子發(fā)射原理，克服了雪崩式電離產(chǎn)生臭氧和正離子的缺點使無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器的單極系數(shù)q趨于為零，可大大提高應用效果。
4.采用負脈動或脈沖高壓電源及特殊的發(fā)射電極材料、形狀和結構設計、輸出窗特殊設計，不僅保證了負氧離子的產(chǎn)率和濃度大大提高，而且能夠適用于各種高層次應用的需要。
附

圖1、是無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器的工作原理示意圖；附圖2、是針狀場致電子發(fā)射負電極的形狀典型尖端的投影圖；附圖3、是針狀場致電子發(fā)射負電極的直線行列式發(fā)射陣列結構示意圖；附圖4、是針狀場致電子發(fā)射負電極的環(huán)形均布式環(huán)狀發(fā)射陣列結構示意圖；附圖5、是與直線行列式發(fā)射陣列相對應的負氧離子輸出窗口結構示意圖。
附圖6、是與環(huán)形均布式環(huán)狀發(fā)射陣列相對應的負氧離子輸出窗孔排列示意圖。
附圖7、是可用于微型便攜式負氧離子發(fā)生器的負脈動高壓電源的電路原理圖。
附圖8、是可用于微型便攜式負氧離子發(fā)生器的省電型負脈沖高壓電源的電路原理圖。
附圖9、是可用于車船等運載工具中的采用集成電路的負脈沖高壓電源的電路原理圖。
附圖10、是可用于室內(nèi)的以市電為電源的單管振蕩逆變電路的負脈動高壓電源的電路原理圖。
附圖11、是可用于室內(nèi)的以市電為電源的以可控硅為開關器件的負脈動高壓電源的電路原理圖。
現(xiàn)結合附圖，將本實用新型的工作原理與技術措施進一步介紹如下附圖1中1負高壓脈動或脈沖電源，它可以是附圖7-附圖11，所示的各種電源。2電源輸出端子。3電源接地端。4微安表。5針狀場致電子發(fā)射負電極。6自由電子發(fā)射區(qū)。7負氧離子形成區(qū)。8氣流定向的運動方向。9負氧離子風擴散方向。
當負高壓加到發(fā)射電極5上時，在其尖端表面場強達到109伏/米，根據(jù)場致發(fā)射原理，大量自由電子從電級尖端發(fā)射到空氣中來，形成自由電子發(fā)射區(qū)，如圖中6所示，在同性相斥的作用下，大量的自由電子逐步的擴散開來形成電子云區(qū)也叫負氧離子形成區(qū)，即在空氣中氧氣分子對自由電子有固有的“親和”或“親合”特性作用下，氧氣分子極容易吸收一個自電子形成負氧離子。這個過程可表達為，從而在定向氣流(方向8)推動下形成負氧離子風沿9的方向擴散開來。由微安表指示的發(fā)射電流I可以根據(jù)自由電子的電量為1.59×10-19庫侖算出負氧離子的產(chǎn)率，根據(jù)氣流體積算出O2-的濃度。
附圖2中a.一順尖的尖端園弧小于半圓的尖端投影圖。b.非一順尖的尖端以下有瓶頸的尖端為半球形的尖端投影圖。c.非一順尖的尖端以下有瓶頸的尖端球面圓弧大于半球形尖端投影圖。
以上尖端的直徑約為φ0.03～φ0.001mm，尖端的端面面積約為105cm2-10-9cm2，電極的材質(zhì)使用低逸出功材料中的鎢、鉬、鎢徠合金、特種不銹鋼(ICr18Ni9Ti)等高純度的特殊金屬和合金，在制成普通針狀后，經(jīng)特殊熱處理，使其尖端成形，并使表面達到光滑穩(wěn)定的狀態(tài)而制成的。
附圖3中1.針狀場致電子發(fā)射負電極。2.固定1的直條式導體，圖a為每行電極針排列圖。圖B為多行的布置圖，每行的針數(shù)為3-10的范圍，行數(shù)為1-3行。
附圖4中1.針狀場致電子發(fā)射負電極，2.固定1的環(huán)形導體，圖a為單針電極或單環(huán)陣列分布圖，圖B為多環(huán)陣列布置圖，其環(huán)數(shù)為1-3的范圍，每環(huán)的針數(shù)為4-16的范圍。
附圖5中圖a為正視圖，圖B為側視圖，圖中1為針狀場致電子發(fā)射負電極。2為固定1的直條導體。3.為窗口三棚欄條。4.為機殼體。5.為負氧離子風的方向，棚欄條間距不小于6mm。
附圖6中圖a為單針式單環(huán)陣列所對應的負氧離子輸出窗口開孔圖。圖b為多環(huán)陣列的所對應的負氧離子的輸出窗孔開孔圖。窗孔的環(huán)數(shù)為1-3的范圍，每環(huán)的孔數(shù)在4-16的范圍，孔徑不小于φ6mm。
附圖7中E電池、K開關、B1振蕩變壓器、BG振蕩三極管、BG與L1、L2、R1構成單管振蕩器。振蕩經(jīng)B1升壓后經(jīng)D1整流，給C2、L4繞組構成的振蕩回路充電并通過R2、C1的時間常數(shù)控制可控硅SCR的開斷，D2為觸發(fā)二極管，振蕩電壓由L4感應到高壓變壓器B2的次級L5升為高壓，經(jīng)D3高壓二極管整流為負脈動高壓加到針狀場致電子發(fā)射負電極及其陣列FD上。
附圖8中R1、R2和非門A、B組成高頻振蕩器，振蕩電壓經(jīng)C、D門以后直接加到BG1VMOS功率場效應管的棚源極進行功率放大，然后經(jīng)高壓變壓器B升壓后經(jīng)高壓二極D2半波整流為負脈沖高壓加到針狀場致電子發(fā)射負電極及其陣列FD上，C為濾波電容器，D1當輸入電壓過高時導通，可保護BG1管不致?lián)p環(huán)，BG1靠場效應工作，靜態(tài)電流極小，省電。
附圖9中E直流電源。C1濾波電容器。R1、R2、C2用于控制脈沖周期T∶T＝0.69(R1+2R2)C2，R2、C2用于控制脈沖寬度T1∶T1＝0.69R2C2、C3濾波電容器，IC555時基集成電路構成的方波發(fā)生器，振蕩輸出經(jīng)R3電阻耦合輸入功率三極管BG的基極，經(jīng)放大后由高壓變壓器B升壓后由高壓二極管D半波整流得負脈沖高壓加到針狀場致電子發(fā)射負電極及其陣列FD上。
附圖10中CT電源插頭、K開關、BX保險器、C1鎮(zhèn)流降壓電容器、R1C1的泄放電阻器、D1-D4構成橋式整流電路的整流二極管。C2濾波電容器、BG振蕩管、B高壓變壓器、R2控制BG偏流的電阻。L1振蕩繞阻與C4振蕩電容器構成振蕩回路。L2反饋繞阻。C3反饋耦合隔直流電容器，振蕩經(jīng)L1感應到高壓變壓器B的次級繞阻L3升壓后經(jīng)高壓整流二級管D5半波整流的脈動負高壓加到針狀場致電子發(fā)射負電極及其陣列FD上。
附圖11中CT電源插頭、K開關、BX保險器。當圖中2點為正1點為負時，電源經(jīng)限流電阻R2、L1繞組、D1二極管向振蕩電容器C充電。當圖中1點為正2點為負時，電源通過觸發(fā)電阻R1使可控硅開關SCR導通，電容器C通過SCR向L1繞阻放電，并在C、L1組成的振蕩回路中產(chǎn)生振蕩。振蕩經(jīng)高壓變壓器B由L1感應到L2升為高壓經(jīng)高壓整流二極管D2半波整流的負脈動高壓加到針狀場致電子發(fā)射負電極及其陣列FD上。
本實用新型的實施例實施例1采用長方形塑料外殼，負氧離子輸出窗口結構如附圖5所示，窗口棚欄條間距6mm采用二行共6根針狀場致電子發(fā)射負電極組成陣列。放電電極采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼材料，尖端尺寸為φ0.03mm，采用附圖11所示的負高壓脈動電源電路，供給發(fā)射陣列-9KV的脈動高壓，在距出口30CM處測得負氧離子濃度3×106個/CM3，在發(fā)生器出口處測得O3濃度7PPB，當時測試室的O3背景濃度為13PPB，證明本發(fā)生器不產(chǎn)生臭氧。
實施例2采用工藝美術陶瓷藝術品人像造形。如彩色觀音或仕女坐像、壽星立像等。發(fā)射陣列為單環(huán)式如附圖4A所示，共7根針狀場致電子發(fā)射負電極，負氧離子輸出窗口如附圖6A所示，放電針采用1Cr18Ni8Ti不銹鋼材料，尖端尺寸為0.03mm，采用附圖10所示的負高壓電源電路，供給-9KV的脈動負高壓。在距出口30CM處測得負氧離子濃度為3.3×106個/CM3，在出口處測得O3濃度為6PPB，當時測試室內(nèi)O3的背景濃度為13PPB，表明本發(fā)生器不產(chǎn)生臭氧。
經(jīng)實測，實施例2樣機在離出口10CM處的負氧離子濃度已達到2×107個/CM3以上，如果本實用新型采用更好的電極材料、采用更高的負高壓電壓、采用更有利于負氧離子輸出的窗口尺寸或窗口進行抗靜電處理(實施例窗口未進行抗靜電表面處理)，那么負氧離子的產(chǎn)率和濃度還將具有極大的開發(fā)潛力。為此，本實用新型必將為推動人工環(huán)境科技和電氣候?qū)W的研究、為維護人們的健康長壽做出較大的貢獻并創(chuàng)造出應有的社會經(jīng)濟效益。
權利要求1.一種無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器，屬于人工環(huán)境科技和電氣侯學的應用領域，它由針狀場致電子發(fā)射負電極、加到針狀場致電子發(fā)射負電極上的負高壓電源、機殼三部分構成，其特征是所說的針狀場致電子發(fā)射負電極首先是單極放電結構，不設正電極，其次可以是單根電極針或多根電極針組成的直線行列式或環(huán)形均布的發(fā)射陣列；所說的負高壓電源，是指各種不同的負高壓脈動或脈沖電源；所說的機殼，除有普通造形和工藝美術造形及不同大小之分外，其機殼上負氧離子的輸出窗口，均是按抗靜電的要求設計制造的；按照以上三部分的不同設計，從而排列組合成適用于便攜式、車船運載工具、各種室內(nèi)和家庭包括醫(yī)用的使用需要以及空調(diào)器和空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)品配套需要的無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器產(chǎn)品。
2.按照權利要求1所說的無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器，其特征是所說的針狀場致電子發(fā)射負電極，是選用低逸出動材料中的鎢、鉬、鎢錸合金、特種不銹鋼材質(zhì)的高純度的特殊金屬和合金制成的。
3.按照權利要求1所說的無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器，其特征是所說的針狀場致電子發(fā)射負電極的尖端形狀可以是一順尖的尖端園弧小于半園的尖端、非一順尖的尖端以下有瓶頸的尖端為半球形的尖端、非一順尖的尖端以下有瓶頸的尖端球面園弧大于半球的尖端；其尖端的直徑約為φ0.03-φ0.001mm；尖端的端面積約為10-5cm2～10-9cm2；其尖端是制成一般針狀后，經(jīng)特殊熱處理使其成形達到表面光滑而穩(wěn)定的狀態(tài)而制成的。
4.按照權利要求1所說的無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器，其特征是所說的直線行列式排列的發(fā)射陣列，其每行的針狀場致電子發(fā)射負電極數(shù)在3～10的范圍，行數(shù)為1～3行；采用環(huán)形均布發(fā)射陣列的，由內(nèi)到外的環(huán)數(shù)為1～3的范圍，其每環(huán)的針狀場致電子發(fā)射負電極數(shù)在4～16的范圍。
5.按照權利要求1所說的無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器，其特征是所說的負高壓脈動或脈沖電源的輸入電源可以是1.5伏～12伏的電池或市電整流的12伏直流電源和市電交流電源；形成負高壓脈動或脈沖的振蕩器，可由門電路與場效應功率放大管構成、可由555時基集成電路與功率三極管構成、可由三極管單管振蕩器構成、也可由可控硅開關電路構成；振蕩輸出經(jīng)高壓升壓變壓器升壓后進行半波整流得負脈動或負脈沖高壓輸出。電壓5～50KV。
6.按照權利要求1所說的無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器，其特征是所說的機殼上的負氧離子輸出窗口的抗靜電設計要求是指選用了抗靜電的材料、輸出窗口的尺寸棚欄條間距或輸出孔的孔徑均不小于6mm，或?qū)Υ翱诓糠诌M行抗靜電表面處理，使其表面形成抗靜電涂層。
專利摘要本實用新型涉及一種用場致電子發(fā)射原理制成的無臭氧高性能負氧離子發(fā)生器系列(純離子源)產(chǎn)品。它由負高壓脈動或脈沖電源加到針狀場致電子發(fā)射電極及其陣列上,經(jīng)機殼上的具有抗靜電作用的輸出窗口,向外發(fā)射大量高濃度的純負氧離子,克服了一般產(chǎn)品有臭氧會致癌的嚴重缺點。樣機經(jīng)國家權威部門檢測,出口處不產(chǎn)生臭氧,不僅設計原理上有新的突破,高性能的系列技術也足以滿足各種高層次的應用需要,具有廣闊的開發(fā)應用前景和巨大的潛在市場。
文檔編號H01T23/00GK2379951SQ99217029
公開日2000年5月24日 申請日期1999年7月21日 優(yōu)先權日1999年7月21日
發(fā)明者仇劍梅 申請人:仇劍梅