专利名称：一种多极型氧负离子组合电极及其氧负离子发生装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多极型氧负离子组合电极，采用该组合电极的氧负离子发生装置可用于灭菌、净化空气、净化水、促进燃烧等。
背景技术：
ZL 2010 2 0148061.X公开了一种用于氧负离子发生器的组合电极(简称为氧负离子组合电极)，该组合电极由一对夹着电绝缘介质的第I电极和第2电极、以及覆盖在第I电极表面的对氧气敏感的半导体材料组成，具有一定的电容量，能快速储存电子和释放电子。用适当的低压电压源便能使该组合电极不停地产生高纯度的氧负离子，应用于灭菌、净化空气、促进燃烧等领域。在实际应用中，为了获得更高浓度的氧负离子，通常采用多孔金属材料作为组合电极的电极，并利用风机驱动空气流过组合电极，这样可增加氧气与电极的接触，提高氧负离子的产量，即提高氧负离子的浓度。再者，为了获得更多的氧负离子，具体的做法是将多个相同的组合电极串接起来或者叠合成一个具有更大电极有效面积的组合电极。所谓电极有效面积，是指电极能产生氧负离子部分的面积。然而，这样会带来通过组合电极的空气阻力大幅度增大、氧负离子的产率得不到应有的提升等不利影响。可见，开发新的组合电极结构，尽量减少通过组合电极的空气阻力，以及提高组合电极的电极有效面积，以便组成高效的氧负离子发生装置，具有现实的应用价值。
发明内容本实用新型解决的技术问题是，提供一种能提高电极有效面积，以及减少通过电极的空气阻力，提升综合性能的多极型氧负离子组合电极，同时还提供采用该组合电极的氧负离子发生装置。为了解决上述问题，本实用新型提供一种多极型氧负离子组合电极，其特征在于，所述组合电极5由第一电极1、第二电极2、第三电极3和具备电绝缘层的绝缘电极4组成，所述绝缘电极4由分布在所述第二电极2的两个相对的面上的绝缘导线所构成，和所述第二电极2 —起夹在所述第一电极I和所述第三电极3之间,所述第一电极1、第二电极2、
第三电极3的表面覆盖二氧化钛薄膜层。所述绝缘电极4为由沿着所述第二电极2的两个相对的面折绕分布的绝缘导线所构成或者由沿着所述第二电极2的两个相对的面环绕分布的绝缘导线所构成。所述第一电极1、第二电极2、第三电极3为泡沫金属网。所述二氧化钛为纳米二氧化钛。所述泡沫金属为泡沫镍或泡沫钛或泡沫铁镍。所述绝缘导线为电线或漆包线。所述第一电极1、第二电极2、第三电极3中任意两个电极用导线连接在一起。所述氧负离子发生装置由所述组合电极5、支撑固定所述组合电极5的支撑件6以及为所述组合电极5提供工作电压的低压电压源7组成。所述低压电压源7具有多个电压正输出端和一个电压负输出端，且输出的电压形态不相同，其电压负输出端与所述第一电极I相连接，其中的一个电压正输出端与所述第二电极2相连接,其中的另一个电压正输出端与所述第三电极3相连接，其中的再一个电压正输出端与所述绝缘电极4相连接。所述氧负离子发生装置由所述组合电极5、支撑固定所述组合电极5的支撑件6以及为所述组合电极5提供工作电压的低压电压源7组成。所述组合电极5为所述第一电极I和所述第三电极3用导线连接在一起，所述低压电压源7为具有两个电压正输出端和一个电压负输出端的脉冲发生器，其电压负输出端与所述第一电极I和所述第三电极3相连接，一个电压正输出端与所述第二电极2相连接，另一个电压正输出端与所述绝缘电极4相连接。所述低压电压源7为具有两个电压正输出端和一个电压负输出端，输出一对相位相反、形状对称的方波的双输出方波发生器。本实用新型的有益效果如下:本实用新型采用绝缘导线来构成电极，使组合电极的结构更加简单、紧凑，提高了电极的有效面积，以及减少了通过组合电极的空气阻力，使组合电极的综合性能得到大幅度提升。如背景技术涉及的组合电极，其基本结构为“第I电极-绝缘层-第2电极”，第I电极的表面载有对氧气敏感的半导体材料，能产生氧负离子。为了使电极的有效面积增加一倍，具体的做法可为:一、将两个相同的组合电极以一定间隙串接起来，串接后的综合结构为“第I电极-绝缘层-第2电极-气隙-第3电极-绝缘层-第4电极，第I电极、第3电极用导线连接在一起，第2电极、第4电极用导线连接在一起”(为了表述方便，电极依序编号，第I电极、第2电极属于一个组合电极,第3电极、第4电极属于另一个组合电极，第I电极和第3电极同性质，第2电极和第4电极同性质)；二、将两个相同的组合电极叠合起来，即将上述的第3电极和第4电极调换位置并取消气隙，同性质的第2电极和第4电极合并为一个电极，作为第2电极。叠合后的电极结构为“第I电极-绝缘层-第2电极-绝缘层-第3电极，第I电极、第3电极用导线连接在一起”，成为一个新的组合电极。显然，上述做法后者与前者相比，少了一个电极和气隙，明显减少了气流通过的阻力，结构也更加紧凑。叠合后新的组合电极是一种双极型结构，在此基础上，如果将其两个绝缘层用分布在第2电极的两个相对的面上(例如，沿着第2电极的两个相对的面折绕分布，或者沿着第2电极的两个相对的面环绕分布)的绝缘导线替换，并以绝缘导线的导电体作为电极(简称为绝缘电极)接替第2电极，完成第2电极的功能，则第2电极就可以空出来，成为一个独立电极，然后，在这个独立电极的表面覆盖二氧化钛薄膜层，使其能产生氧负离子，这样便得到一种多极型氧负离子组合电极。显然，这种多极型组合电极与上述叠合后新的组合电极相比，具有更大的电极有效面积。若将独立电极与第I电极、第3电极用导线连接在一起，则其电极结构由多极型转变为双极型，不难看出，此时的组合电极相当于两个上述叠合后新的组合电极的叠合，而且在结构上更加紧凑，综合性能提高。本实用新型就是依据上述机理发展而来的，是一种结构上的创新。本实用新型的组合电极和背景技术的相比，在相同电极有效面积的情况下，具有更低的通过组合电极的空气阻力。由上述可见，本实用新型可获得高的电极有效面积、低的通过电极的空气阻力以及高的综合性能。本实用新型的多极型氧负离子组合电极具有应用灵活的优点。
背景技术：
涉及的组合电极是一个电容组件，应用时，其覆盖对氧气敏感的半导体材料的电极接低压电压源的电压负输出端，另一个电极则接低压电压源的电压正输出端。在需要对氧负离子产率进行调节时，尽管可以通过控制低压电压源所输出的电压形态(电压值、波形、频率)来实现，但其可调范围仍受组合电极的电容量的限制。多极型氧负离子组合电极可视为多个不同电容量的电容组件的结合体，这样便可向这些电容组件施加不同形态的低压电压，使组合电极的氧负离子产率的可调范围变得更宽。另外，通过简单的电气连接，多极型氧负离子组合电极便可由多极型转变为双极型。可见，本实用新型的多极型氧负离子组合电极具有很好的应用灵活性。本实用新型的多极型氧负离子组合电极应用范围更宽。将多极型氧负离子组合电极转变为双极型，便可直接用于水的净化处理，利用氧负离子的强氧化性，可以杀灭水中的细菌、分解水中的污染物等。水是电导体，如果组合电极的两组电极在水中都直接与水接触，加电后根据电压值大小不同可出现水产生电离或电极短路现象，组合电极无法正常工作。本实用新型采用了绝缘电极，可做到有一个电极与水完全隔离，因此组合电极在水中也能正常工作。由上述可见，本实用新型在组合电极的结构上具有明显的先进性。本实用新型由于采用多极型结构以及采用绝缘导线来构成电极，使其结构紧凑、节省材料、综合性能高、应用范围广，有很强的实用性。采用本实用新型的多极型氧负离子组合电极的氧负离子发生装置，具有上述相同的有益效果。与背景技术相比，在基本技术参数(电极有效面积、电压形态等)相同的条件下，本实用新型的氧负离子发生装置产生氧负离子的效率有大幅度提升，具有很高的效率。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细说明:
图1a是本实用新型的多极型氧负离子组合电极结构示意图之一，图1b是图1a的A-A剖面图。图2a是本实用新型的多极型氧负离子组合电极结构示意图之二，图2b是图2a的A-A剖面图。图3a是采用本实用新型的多极型氧负离子组合电极的氧负离子发生装置的结构简图之一，图3b是图3a的A-A剖面图。图4是由数字集成电路⑶4013组成的低压电压源电路原理图。图5是采用本实用新型的多极型氧负离子组合电极的氧负离子发生装置的结构简图之二。
具体实施方式
实施例1如图la、图2a所示是本实用新型的多极型氧负离子组合电极的结构示意图。所述组合电极5由第一电极1、第二电极2、第三电极3和具备电绝缘层的绝缘电极4组成，所述绝缘电极4由分布在所述第二电极2的两个相对的面上的绝缘导线所构成，和所述第二电极2 一起夹在所述第一电极I和所述第三电极3之间,所述第一电极1、第二电极2、第三电极3的表面覆盖二氧化钛薄膜层。所述绝缘导线的分布方式可以有多种，如图la、lb所示，绝缘导线是以折绕的方式分布在第二电极的两个相对的面上，即所述绝缘电极4是由沿着所述第二电极2的两个相对的面折绕分布的绝缘导线所构成，而图2a、2b所示的是，绝缘导线是以环绕的方式分布在第二电极的两个相对的面上，即所述绝缘电极4是由沿着所述第二电极2的两个相对的面环绕分布的绝缘导线所构成。再者，构成绝缘电极的绝缘导线可以是一条，或者是多段并接在一起，其分布形式可以有均匀、非均匀、线状、网状等多种。所述绝缘电极4依附在所述第二电极2上，与所述第二电极2 —起夹在所述第一电极I和所述第三电极3之间，成为一个整体。显然，各个电极之间是相互绝缘的，每两个电极便可形成一个电容组件，因此，所述组合电极5可视为多个不同电容量的电容组件的结合体。所述组合电极5在应用时，可用具有多个电压正输出端，且输出的电压形态不相同的低压电压源供电，并确保所述第一电极1、第二电极2、第三电极3中至少一个电极接低压电压源(图中未画出)的电压负输出端，其余电极则接低压电压源的电压正输出端。若将所述第一电极I和所述第三电极3用导线连接在一起，则可用输出相位相反、对称方波(或其它波形)的低压电压源(图中未画出)为所述组合电极5供电，这种低压电压源有一个电压负输出端和两个电压正输出端。将低压电压源的电压负输出端与所述第一电极1、第三电极3相连接，其中的一个电压正输出端与所述第二电极2相连接，另一个电压正输出端则与所述绝缘电极4相连接,这样，当所述绝缘电极4处于高电位时,所述第一电极1、第二电极2、第三电极3处于低电位，基于电容的充电特性，低压电压源向所述第一电极1、第二电极2、第三电极3储存电子；当所述第二电极2处于高电位时，所述第一电极1、第三电极3、所述绝缘电极4处于低电位，同理，低压电压源向所述第一电极1、第三电极3、所述绝缘电极4储存电子。所述第一电极1、第二电极2、第三电极3的表面覆盖着二氧化钛薄膜层，由于二氧化钛具有对氧气敏感、易于还原的特性，当氧(气)分子与二氧化钛分子接触时，氧分子可夺走二氧化钛分子中的电子而成为氧负离子。失去电子的二氧化钛晶格结构发生变化，变化后的晶格不稳定，容易从外部夺取电子使二氧化钛恢复到原来的状态。因此，向所述第一电极1、第二电极2、第三电极3储存电子，可使覆盖在它们上面的二氧化钛分子在被氧分子夺走电子后得到补充电子，从而保证二氧化钛与氧气的作用能不断进行，不停地产生氧负离子。上述以将所述第一电极I和所述第三电极3用导线连接在一起构成三极型组合电极为例说明本实用新型的工作原理，其它情形的依理类推。当然，三极型组合电极的形成还可由所述第一电极I和所述第二电极2用导线连接在一起或者由所述第二电极2和所述第三电极3用导线连接在一起来实现。多极型氧负离子组合电极在具有大的电极有效面积的同时，使用具有多个电压正输出端，且输出的电压形态不相同的低压电压源供电，可大幅度提高电极储存的电子密度，使氧负离子的产率提高。另一方面，通过对施加在组合电极上的各个电压的形态(电压值、波形、频率)和时间进行精确地控制，可使组合电极的氧负离子产率在一个很宽的范围内得到精确地调节。进一步，将所述第一电极1、第二电极2、第三电极3用导线连接在一起，这时所述组合电极5便由多极型转变为双极型，由于所述绝缘电极4的导电体被外面的绝缘材料密实地包着，组合电极在水中也能正常工作，因此所述组合电极5的应用可扩展到净化水的领域。不同的应用场合对所述第一电极1、第二电极2、第三电极3的电极结构可能有不同要求，常见的电极结构有两种，一种是电极上不带通孔，空气不能穿过电极，一种是电极上带通孔，空气可以穿过电极。带通孔的电极具有大的表面积。针对需要大量氧负离子的应用场合，所述第一电极1、第二电极2、第三电极3的材料可采用泡沫金属。由于泡沫金属具有大的比表面积，覆盖在其表面的二氧化钛薄膜层相应具有大的表面积，这样增加了空气中氧气与二氧化钛的接触，可提高氧负离子的产量。尤其是在用风机驱动空气流过电极的情况下，氧负离子的产量(或产率)有大幅度提高。进一步，所述第一电极1、第二电极2、第三电极3的材料可采用泡沫镍或泡沫钛或泡沫铁镍，这些泡沫金属材料具有良好的物理化学性能，尤其是泡沫镍，是电池的常用电极材料，电阻率低，导电性能优良。构成所述绝缘电极4的绝缘导线可以多种多样，如绝缘铝线、绝缘铜线、圆形、扁平形等等。进一步，所述绝缘导线采用电线或漆包线，这些材料易得、价廉，导电性能优良，并可通过选择电线或漆包线的直径来设定所述第一电极1、第二电极2、第三电极3相互间的间距，以满足使用要求。在所述第一电极1、第二电极2、第三电极3的表面覆盖二氧化钛薄膜层的方法有多种，如喷涂、烧结等，进一步，所述二氧化钛采用纳米二氧化钛，可将二氧化钛制成溶胶，用简单的喷涂设备、或者用浸泡的方式便可在所述第一电极1、第二电极2、第三电极3的表面实现覆盖二氧化钛薄膜层，简化加工工艺。采用本实用新型的多极型氧负离子组合电极，便可组成高效氧负离子发生装置。实施例2如图3a所示是采用本实用新型的多极型氧负离子组合电极的氧负离子发生装置的结构简图，该发生装置由所述组合电极5、支撑固定所述组合电极5的支撑件6以及为所述组合电极5提供工作电压的低压电压源7组成。所述低压电压源7具有多个电压正输出端和一个电压负输出端，且输出的电压形态不相同，其电压负输出端与所述第一电极I相连接，其中的一个电压正输出端与所述第二电极2相连接,其中的另一个电压正输出端与所述第三电极3相连接，其中的再一个电压正输出端与所述绝缘电极4相连接。电压形态包括电压的值、波形和频率，其中波形可以是方波、三角波等脉冲波形。对于同一个低压电压源，不同输出端所输出的电压形态可以是相同，也可以是不同的。所述组合电极5由第一电极1、第二电极2、第三电极3和具备电绝缘层的绝缘电极4组成，所述绝缘电极4由分布在所述第二电极2的两个相对的面上的绝缘导线所构成，和所述第二电极2 —起夹在所述第一电极I和所述第三电极3之间，所述第一电极1、第二电极2、第三电极3的表面覆盖二氧化钛薄膜层。进一步，所述组合电极5优选为所述第一电极I和所述第三电极3用导线连接在一起；所述低压电压源7优选为具有两个电压正输出端和一个电压负输出端的脉冲发生器，其电压负输出端与所述第一电极I和所述第三电极3相连接，一个电压正输出端与所述第二电极2相连接，另一个电压正输出端与所述绝缘电极4相连接；所述第一电极
1、第二电极2、第三电极3优选为泡沫镍网，其表面覆盖二氧化钛薄膜层；所述绝缘电极4优选为由分布在所述第二电极2的两个相对的面上的绝缘电线所构成。更进一步，所述低压电压源7优选为具有两个电压正输出端和一个电压负输出端，输出一对相位相反、形状对称的方波的双输出方波发生器。产生对称方波的电路有多种，例如由CD4013、NE556等集成电路均能组成输出对称方波的电路，优选由CD4013集成电路组成的双输出方波发生器，作为所述低压电压源7，最后得到优选后的氧负离子发生装置的结构简图如图5所示。CD4013是一只数字集成电路，该电路内含有两个结构完全相同的触发器，利用其中的一个触发器便可组成双输出方波发生器，输出一对相位相反、形状对称的方波，图4是它的电路原理图。如图4所示，⑶4013的14脚是其电源正输入端VDD ;7脚是其电源地VSS，同时也是该方波发生器的电压负输出端；3脚与14脚连接在一起；二极管VDl的负极、电阻Rl的一端和I脚连接在一起,作为该方波发生器的一个电压正输出端Vam ;二极管VDl的正极、电阻Rl的另一端、电容Cl的一端和4脚连接在一起；电容Cl的另一端、电容C2的一端、5脚和7脚连接在一起；电容C2的另一端、电阻R2的一端、二极管VD2的正极和6脚连接在一起；电阻R2的另一端、二极管VD2的负极和2脚连接在一起，作为该方波发生器的另一个电压正输出端V_。在14脚VDD和7脚VSS之间接上直流电源(+12V)后，在V_、V_与VSS之间便输出相位相反、形状对称的一对方波。通过改变Rl、R2、Cl、C2的值可改变输出的方波的占空比和频率，对它们加以调节控制，便可用来调节氧负离子的产率。所述第一电极1，所述第二电极2，以及所述第三电极3，它们之间用导线进行连接，是一种简单的电气连接，除此之外，根据需要还可以采用其他的电气连接方式，如两个电极之间通过继电器、可控开关等进行连接，必要时，需要连接的电极甚至可以做成连体的。所述组合电极5可以做成各种各样的形状，如平板形、圆筒形、弧形、不规则形状等，具体依据实际应用要求而定。作为一个实例，下面是图5所示的氧负离子发生装置的一组主要技术参数。泡沫镍网:孔数为IlOppi,厚度为1.6mm,尺寸为200mmX 120mm ;纳米二氧化钛:粒径5 20nm ；电线:28AWG，耐压30V，耐温80摄氏度；绝缘电极:折绕或环绕，均匀分布，沿泡沫镍网长度方向每面 50 线；低压电压源:R1 = R2 = 362ΚΩ ,Cl = C2 = IyF7VDl 和 VD2 为 IN4148。可通过改变上述参数来满足不同的实际应用要求。本实施例可单独使用，或作为一个部件，应用到需要产生氧负离子的装置或设备中。当作为部件使用时，所述支撑件6也可由装置或设备的零部件(如壳体等)担当，这样能简化结构，降低成本。上述氧负离子发生装置用于冰箱灭菌除臭、净化空气、水的深度净化等方面，经长时间测试验证，效果良好，性能稳定。
权利要求1.一种多极型氧负离子组合电极，其特征在于，组合电极(5)由第一电极(I)、第二电极(2)、第三电极(3)和具备电绝缘层的绝缘电极(4)组成，所述绝缘电极(4)由分布在所述第二电极(2)的两个相对的面上的绝缘导线所构成，和所述第二电极(2) —起夹在所述第一电极⑴和所述第三电极⑶之间，所述第一电极(I)、第二电极(2)、第三电极(3)的表面覆盖二氧化钛薄膜层。
2.根据权利要求1所述的多极型氧负离子组合电极，其特征在于，所述绝缘电极(4)为由沿着所述第二电极(2)的两个相对的面折绕分布的绝缘导线所构成或者由沿着所述第二电极(2)的两个相对的面环绕分布的绝缘导线所构成。
3.根据权利要求1所述的多极型氧负离子组合电极，其特征在于，所述第一电极(I)、第二电极(2)、第三电极(3)为泡沫金属网。
4.根据权利要求1所述的多极型氧负离子组合电极，其特征在于，所述二氧化钛为纳米二氧化钛。
5.根据权利要求3所述的多极型氧负离子组合电极，其特征在于，所述泡沫金属为泡沫镍或泡沫钛或泡沫铁镍。
6.根据权利要求1所述的多极型氧负离子组合电极，其特征在于，所述绝缘导线为电线或漆包线。
7.根据权利要求1所述的多极型氧负离子组合电极，其特征在于，所述第一电极(I)、第二电极(2)、第三电极(3)中任意两个电极用导线连接在一起。
8.采用权利要求1所述的多极型氧负离子组合电极的氧负离子发生装置，其特征在于，所述氧负离子发生装置由所述组合电极(5)、支撑固定所述组合电极(5)的支撑件(6)以及为所述组合电极(5)提供工作电压的低压电压源(7)组成，所述低压电压源(7)具有多个电压正输出端和一个电压负输出端，且输出的电压形态不相同，其电压负输出端与所述第一电极(I)相连接，其中的一个电压正输出端与所述第二电极(2)相连接，其中的另一个电压正输出端与所述第三电极(3)相连接，其中的再一个电压正输出端与所述绝缘电极⑷相连接。
9.采用权利要求1所述的多极型氧负离子组合电极的氧负离子发生装置，其特征在于，所述氧负离子发生装置由所述组合电极(5)、支撑固定所述组合电极(5)的支撑件(6)以及为所述组合电极(5)提供工作电压的低压电压源(7)组成，所述组合电极(5)为所述第一电极(I)和所述第三电极(3)用导线连接在一起，所述低压电压源(7)为具有两个电压正输出端和一个电压负输出端的脉冲发生器，其电压负输出端与所述第一电极(I)和所述第三电极⑶相连接，一个电压正输出端与所述第二电极⑵相连接，另一个电压正输出端与所述绝缘电极(4)相连接。
10.根据权利要求9所述的氧负离子发生装置，其特征在于，所述低压电压源(7)为具有两个电压正输出端和一个电压负输出端，输出一对相位相反、形状对称的方波的双输出方波发生器。
专利摘要一种多极型氧负离子组合电极，所述组合电极(5)由第一电极(1)、第二电极(2)、第三电极(3)和具备电绝缘层的绝缘电极(4)组成，所述绝缘电极(4)由分布在所述第二电极(2)的两个相对的面上的绝缘导线所构成，和所述第二电极(2)一起夹在所述第一电极(1)和所述第三电极(3)之间，所述第一电极(1)、第二电极(2)、第三电极(3)的表面覆盖二氧化钛薄膜层。该组合电极可获得高的电极有效面积、低的通过电极的空气阻力以及高的综合性能。采用该组合电极可组成高效的氧负离子发生装置。
文档编号H01T23/00GK203071402SQ201220665250
公开日2013年7月17日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者马骧彬 申请人:马骧彬