一种单极系数可调的负氧离子发生装置及空气净化器

技术领域

本发明涉及健康技术领域，更具体地说，涉及一种单极系数可调的负氧离子发生装置及空气净化器。

背景技术

空气中带正电荷或者负电荷的气体分子或分子团或其他悬浮的细小微粒，称为空气离子，其中带负电荷的空气离子，简称负离子。同理，带正电荷的空气离子，简称正离子。在正常大气中，空气正、负离子浓度一般不相等，这种特征被称为大气的单极性。单极性用单极系数来表示，即空气中正离子与负离子的比值，即q＝n+/n-(q为单极系数，n+为正离子，n-为负离子，下同)。单极系数越小，表示空气中负离子浓度比正离子浓度高得越多。

空气中所含有的负离子越多，生物活性越明显，正向作用越大，故负离子被喻为“空气维生素”，其可通过呼吸道进入人体，提高人的肺活量，通过加快呼吸道纤毛运动频率，使呼吸系数增加。同时，负离子易吸附细颗粒物并以干湿尘降落地面，有利于提高空气质量。负离子近年来受到了大量关注，某个地区的负离子浓度也已经成为评价该地区空气质量、宜居程度的重要指标之一，相关部门也发布过LY/T2586-2016、QX/T380-2017等空气负离子监测标准。

根据环境学家的研究，空气中负离子浓度低于20个/立方厘米以下时，人会感到倦怠、头昏脑涨，典型的如室内环境由于空气负离子浓度低，长期在现代化空调建筑环境内工作的人员经常会有头痛、恶心、眩晕、昏睡等感觉，空气极不清新；当空气中负离子浓度高于1000个/立方厘米以上时，如在森林和较多绿化的地方，由于空气负(氧)离子丰富且可以抑制环境中的各类尘源，人会感到心平气和，平静安定，感觉空气清新。日本学者研究表明，当n-大于1000个cm-3，且q值小于1时，空气清洁舒适。当q>1时，空气不清洁，而当q值增加到3以上，人们会感到烦躁不安。通常，低层大气中q值在1～1.2之间；植被较多的地方q值小于1；高山上q值可低到0.53。

近年来，空气质量问题已经逐渐成为环境和人体的一大杀手，因此防止空气污染和空气净化已经成为当务之急。在空气净化领域，一部分空气净化器只是简单的利用多重滤网过滤掉固体颗粒，并没有从根本上提升空气质量。相较而言，负离子不仅能够有效降解空气中的小颗粒，防止PM2.5的危害，而且还能向处理后的空气中继续释放负离子，集降解和释放双重功效为一体，从而真正改善空气质量。

目前市场上负离子发生器种类繁多，质量也是良莠不齐。但根据负离子产生方式，主要有三种，一种是通过电晕放电电离空气，产生自由电子并进一步与中性分子结合形成负离子。这种技术具有技术成熟、成本低廉、负离子含量大和装置简单的优点。然而，也存在臭氧等副产物含量高和静电效应明显的缺点，从而限制了电晕放电产生负离子技术的广泛普及与应用。第二种是利用天然矿物质，比如电气石，经过加工，通过改变温度和压力可以释放出负离子，此种方式由于释放浓度低，有损耗等问题，多用于涂料、建材等，几乎不用于专门的负离子发生器。第三种则是基于勒纳德效应的负离子发生器，当水变成雾状(例如水滴的碰撞)时，就会分割出正负电荷，从水的表面分离出的水分子带负电荷(负离子)，而水滴整体带正电荷。这也解释人在瀑布和喷泉边，甚至在雨后所感受到的清新的、使人振奋的感觉的原因。这种方式相比前两种，能高效保证大量负离子供应，同时无臭氧等有害物质产生，也无静电效应。更有利用负离子的优势发挥、让人们享受负离子的净化与保健效果。

市场上已经有基于勒纳德效应的负离子发生器，因为负离子产生原理的优势，都可以做到无臭氧等有害物质产生，也无静电效应的同时，保证大量负离子供应，但是，却都无法调整单极系数。实际上，根据相关研究显示，至少要保证单极系数小于1.2，负离子生物活性作用才会比较明显，有相关学者甚至认为单极系数为0.25时，最为有益人体健康。因此，迫切需要一款可以调整单极系数的空气负氧离子发生装置，让人们最大限度享受负离子的净化与保健效果。

经检索，中国专利文献ZL2015108808590，公开了一种高压气流携水分子撞击碰撞面的空气负离子发生装置，包括一液体容器和一扣合在液体容器的顶部开口端的盖体，在盖体上设置一高压进气管；在盖体内设置一核心组件，核心组件包括一液流腔、一碰撞部件和一液流入口；高压进气管的下端口正对碰撞部件，液流入口位于高压进气管的下端口与碰撞部件之间，液流入口与液流腔连通，液流腔的下端口固定连接一向下延伸的液体导管。因此，当高压气体通过高压进气管时，高速气流冲向碰撞部件，高速气流经过液流入口时会在液流入口处产生负压，将水通过液体导管吸上来与高速气流混合，形成高速气体携带液体分子的气液混合物，气液混合物撞击碰撞部件将产生负离子。但该申请仅仅只能在空气中产生负离子，但其同样无法调节空气中的单极系数，无法最大程度的发挥空气中负离子的作用。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

鉴于现有的空气负氧离子发生装置存在多种问题，本发明提供了一种单极系数可调的负氧离子发生装置及空气净化器，能够调整空气中单级系数，最大程度发挥空气中负离子的作用。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种单极系数可调的负氧离子发生装置，包括喷管和挡杆，所述的喷管内部形成碰撞空间，所述的碰撞空间内通入高压气体和液体；所述的喷管上开设上喷口，碰撞空间通过上喷口与喷管外界连通；所述挡杆设置在上喷口出口处，正对上喷口设置；所述挡杆与上喷口之间间隔一定距离，该距离可调。

更进一步地，所述的挡杆为伸缩杆，远离上喷口的一端固定，靠近上喷口的一端可调；所述挡杆调整好长度后锁定。

更进一步地，所述的挡杆为多个长度不同的固定杆，可拆卸的安装在上喷口出口处，所述挡杆远离上喷口的一端与上喷口之间的距离不变。

更进一步地，所述的喷管包括上喷管和下喷管，所述的上喷管和下喷管之间形成碰撞空间。

更进一步地，所述的上喷管包括内环，所述的内环一端开口一端封闭，上喷口开设于内环封闭端；所述内环开口端向封闭形成内凹面。

更进一步地，所述的下喷管上开设与碰撞空间连通的第一通道和第二通道，所述第一通道输送高压气体，第二通道输送液体；所述第二通道出口处直径逐渐变小。

更进一步地，所述的上喷管和下喷管可拆卸连接；上喷管上设置安装槽，下喷管上设置密封环，所述密封环插入安装槽将上喷管和下喷管连接；二者连接处设置密封件。

更进一步地，所述喷管安装在基座中，所述的基座包括底板和沿底板侧面延伸的座体，所述底板位于喷管远离上喷口的一端。

更进一步地，所述基座上设置挡盖，所述挡盖和基座形成限位空间固定喷管；所述挡盖包括安装环和横跨安装环设置的固定架，所述的挡杆安装在固定架上。

本发明的一种空气净化器，包括上项所述的负氧离子发生装置，所述的负氧离子发生装置安装在水箱中，所述碰撞空间通过通道分别连接到液体源和高压气源。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

本发明的一种单极系数可调的负氧离子发生装置及空气净化器，采用文丘里管原理，利用喷管的形状，通过高压气流产生负压吸取液体，在喷管内部高压气流切割液体，把液体切分成小液滴，形成水雾以产生正负离子，之后撞击与喷口之间距离可调的挡杆，既进一步利用动能使第一步未破裂的大液滴破裂，提高正负离子产生浓度，又使部分正离子重新聚集成液滴回落。这样，既可以通过控制通入反应的气体种类(如纯氧气或者纯氮气或者空气等)，来控制产生的正负离子种类；又可以通过控制通入的气体流量和压力等，控制反应产生的浓度；同时还能通过控制挡块的距离等，控制输送的正负离子比例，从而调节单极系数，最大程度的发挥空气中负离子的作用，让人们最大限度享受负离子的净化与保健效果。

附图说明

图1为本发明净化器的整体结构示意图；

图2为本发明净化器另一视角下的整体结构示意图；

图3为本发明净化器中水箱的结构示意图；

图4为本发明净化器中水箱另一视角下的结构示意图；

图5为本发明净化器中封盖的结构示意图；

图6为本发明净化器中负氧离子发生装置的结构示意图；

图7为本发明负氧离子发生装置中挡盖的结构示意图；

图8为本发明负氧离子发生装置中挡盖另一视角下的结构示意图；

图9为本发明负氧离子发生装置中喷管的结构示意图；

图10为本发明负氧离子发生装置中上喷管的结构示意图；

图11为本发明负氧离子发生装置中下喷管的结构示意图；

图12为本发明负氧离子发生装置中下喷管的剖面视图；

图13为本发明负氧离子发生装置中基座的结构示意图。

附图中标号说明：

1、水箱；11、箱体；12、内腔；13、箱体安装槽；14、第一通孔；15、进水管；16、支脚；17、横梁；18、短梁；19、固定台；110、板筋；111、支撑筋；

2、封盖；21、盖体；22、箱体安装条；23、支撑台；24、出气孔；

3、负氧离子发生装置；31、挡盖；311、安装环；312、固定架；313、挡杆；314、限位凸块；315、固定扣；316、限位环；

32、喷管；321、上喷管；3211、外环；3212、内环；3213、内凹面；3214、上喷口；322、下喷管；3221、管体；3222、密封环；3223、第二通孔；3224、弯头槽；3225、喷台；3226、下喷口；323、第一通道；324、第二通道；

33、基座；331、座体；332、底板；333、挡盖安装扣；334、让位口；

34、第一弯头；35、第二弯头；36、长管。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，其他方式同样落入本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

勒纳德效应的本质，是通过外力(如森林中溪涧的跌失、瀑布的冲击等)，使水滴破碎(形成水雾)，水分子破解失去电子而成为正离子，而周围空气中的气体分子捕获这些电子而成为负离子。因此也被成为称为喷筒电效应或瀑布效应。也就是说，产生的负离子种类，主要和参与的气体种类有关，产生浓度主要和水滴撕裂情况有关。但是，不管参与反应的气体种类及水滴撕裂情况如何，根据电子守恒，产生的正负离子比例都是接近1：1的，整体显示电中性。区别在于负离子主要由原来“气体”分子中产生，正离子主要由原来“液体”分子中产生，以上表述并不严谨(单个分子不分气液)，但根据相关研究显示，勒纳德效应产生的负离子分子量主要在300以下，而正离子分子量均布在1000以内(受限于质谱仪量程，1000以上无法测量)，因此，可以利用两者分子量的区别，完成正负比例的输送调整。本发明就是根据两者分子量的区别进行的设计，具体方式是在用气流输送正负离子时，设置与喷口距离可调的挡块，质量较大的正离子团由于惯性较大，碰撞到挡块后会相比质量较小的负离子团更易聚集，从而变成液滴回落。这样，就可通过设置可调挡块与喷出口的距离，在一定范围内调整单极系数。

实施例1

参看图6-图13，本实施例提供了一种单极系数可调的负氧离子发生装置，针对目前市面上基于勒纳德效应的负氧离子发生装置不能调节单极系数的问题，对负氧离子发生装置进行设计，利用挡盖31上可调节的挡杆313对产生的正离子进行不同程度的富集，从而减少空气中正离子浓度，从而降低了单极系数，最大程度发挥空气中负离子的作用。本实施例中，以图6中所标示的上下位置为例进行说明。

结合图6和图13，本实施例的负氧离子发生装置3，包括喷管32，该喷管32固定安装在基座33中，在喷管32的喷出口处，设置了挡杆313，该挡杆313到喷出口的距离可调。具体地，本实施例中，基座33包括用于支撑的底板332，沿底板332周向设置了座体331，座体331由底板332一侧面向外延伸，座体331内部形成容纳喷管32空间。在座体331侧壁开设让位口334，且设置了一对对称设置的挡盖安装扣333。在本实施例中，为了减少负氧离子发生装置3的占用空间，喷管32成圆柱体，因此座体331同样为圆柱体。进一步地，底板332上开设了用于安装螺钉的孔，底板332另一侧面设置凸边，便于基座33的安装和密封防水。

结合图9-图12，本实施例中，喷管32用于将液体和高压气体吸入，从而使二者碰撞产生正负离子并向外发出。其中，喷管32分为上喷管321和下喷管322两部分，下喷管322将液体和高压气体输送到上喷管321和下喷管322之间形成的碰撞空间中，产生正负离子后，由上喷管321将正负离子排出。上喷管321包括内环3212，内环3212外周设置外环3211，内环3212与外环3211之间形成安装槽，用于与下喷管322的安装。内环3212为一个一端开口的敞口圆柱体，外环3211在同样的侧面上也开设有敞开口，另一侧面封闭，外环3211的封闭端与内环3212封闭端连接，共同形成上喷管321的封闭面。内环3212与外环3211之间形成的安装槽为环形槽，槽深度小于内环3212高度，具体到本实施例，槽深度约为内环3212高度的一半。本实施例中，内环3212敞口侧面形成向封闭面凹陷的内凹面3213，该内凹面3213为半球面。本实施例中，内凹面3213能够保证碰撞空间中更好的形成负压状态。在内凹面3213中心点开设上喷口3214，上喷口3214直径为1.5mm，内凹面3213与上喷口3214直径的直径比为8:1，以形成旋风，相较于传统的文丘里管内部形成的直风，本实施例设计的喷管32的形状，使得吹入喷管32内的高压气体形成旋风，一是能够更好的将液体吹散，形成更多的负离子，二是能够更好的形成负压，将液体吸入。上喷管321封闭面上，内环3212上设置倾斜的过渡面，由内环3212最外侧向中部位置倾斜过渡，内环3212中部位置高于内环3212最外侧。上喷口3214为贯通孔，将内凹面3213形成的空间与外界连通。本实施例中，挡杆313可以替换为其他阻挡物。为了更好的使液体被破碎，挡杆313端面直径大于上喷口3214的直径。

本实施例中，下喷管322包括管体3221，在前文中已介绍，为了减少占用空间，喷管32成圆柱体，因此管体3221为圆柱体。在管体3221上部设置沿管体3221周长方向设置的绕管体3221一周的密封环3222，该密封环3222与管体3221最外周存在一定距离，也即密封环3222直径小于管体3221直径。管体3221的两端均为封闭端。密封环3222为圆环，其内部形成放置空间。在管体3221上端面中心处设置喷台3225，该喷台3225中心向上延伸出下喷口3226。本实施例中，下喷口3226的直径小于喷台3225的直径，喷台3225的直径小于管体3221的直径的同时，还小于密封环3222的直径。本实施例中，喷台3225为圆台，下喷口3226为直管。在本实施例中，管体3221内部开设通道，用于分别输送高压气体和液体，将高压气体和液体输送到上喷管321和下喷管322之间形成的碰撞空间中。具体地，管体3221内部开设了第一通道323和第二通道324，第二通道324出口经过喷台3225和下喷口3226与外界连通，入口与设置在管体3221侧壁上的第二通孔3223连通，管体3221在第二通孔3223的侧壁处还开设用于安装接头的弯头槽3224。本实施例中，喷台3225中部开设贯通的收缩孔，该收缩孔直径大的一端与管体3221连接，直径小的一端与下喷口3226连接。下喷口3226中开设贯通的直径相等的通孔，管体3221内部的通孔、喷台3225中的收缩孔以及下喷口3226中的通孔共同构成第二通道324。第二通道324在管体3221内部转弯，由管体3221侧壁连接到管体3221一端。第一通道323贯穿管体3221设置，在第一通道323入口处，开设用于安装接头的凹槽。本实施例中，第一通道323出口设置在下喷口3226侧边，位于密封环3222形成的放置空间中。本实施例中第一通道323通高压气体，第二通道324通液体，使得高压气体在喷出液体的一周形成冲击气流，能够更好的将液体打散进而更多的形成正负离子。

在安装时，上喷管321的外环3211内壁上设置内螺纹，下喷管322的密封环3222外壁设置外螺纹，上喷管321与下喷管322通过螺纹连接在一起。密封环3222插入内环3212与外环3211之间形成的安装槽中，同时在二者之间设置密封件，通过安装槽与密封环3222的配合，保证在高压气流的冲击下，喷管32依旧保持良好的密封性保证内部的液体仅从上喷口3214向外喷出，不会从其他部分喷出，一是能够保证喷管32内部的气体高压性，二是能够保证其他部件不被液体沾染而导致氧化锈蚀，减少了产品损耗。

结合图7和图8，本实施例中，喷管32安装在基座33内部形成的安装空间，第二通孔3223位于基座33的让位口334处，方便接头的安装。喷管32的上喷口3214位于基座33上与底板332相对的上部开口处。在基座33的上部开口处，挡盖31上的固定扣315通过螺栓与挡盖安装扣333固定连接，将挡盖31固定安装在基座33的上部开口处。本实施例中，挡盖31包括安装环311，安装环311两侧对称设置有两个固定扣315。安装环311中部开通孔，沿安装环311内周周向设置了限位环316，限位环316向安装环311中心位置凸出设置一个以上的限位凸块314。具体地，安装环311为薄壁环，限位环316由安装环311向内部延伸，限位环316的上侧面与安装环311上侧面齐平，限位环316的下侧面延伸到安装环311中部位置。限位凸块314则安装在限位环316的上侧面上，由限位环316向内部延伸。本实施例设置了两个限位凸块314，且对称设置。限位环316和限位凸块314配合，对喷管32进行限位，将喷管32固定在挡盖31和基座33形成的安装空间中。

本实施例中，喷管32上喷口3214上部设置了挡杆313，用于使喷出的液滴进一步破碎，同时使得阳离子在挡杆313富集形成液滴重新回落，从而调整产生的单极系数。挡杆313设置在挡盖31。具体地，挡杆313的安装环311上侧面设置固定架312，该固定架312横跨安装环311设置，固定架312中部设置挡杆313，安装后，挡杆313与喷管32的上喷口3214正对。挡杆313可以选用可伸缩的伸缩杆，也可根据需求准备多个不同长度的挡杆313，将挡杆313通过卡扣安装在固定架312上，根据要求进行更换。本实施例中，采用的是多个可更换的不同长度的挡杆313。不同长度挡杆313与单极系数的对应关系如表1：

表1挡杆长度与单极系数对应表

根据表1，本实施例可以根据需求，调节挡杆313长度，从而调节空气中负离子的浓度。

本实施例中，喷管32的第一通道323和第二通道324入口均与一个接头连接。具体地，第一通道323与第二弯头35连接，连接高压气源，第二通道324与第一弯头34连接，第一弯头34另一端连接长管36，连接液体源。

实施例2

本实施例涉及一种空气净化器，包括了负氧离子发生装置3，结合图1-图5，本实施例的负氧离子发生装置3与实施例1相同，本实施例中，负氧离子发生装置3安装在水箱1中。具体地，水箱1包括箱体11，箱体11内部形成用于安装负氧离子发生装置3和盛液体的内腔12，在内腔12上部，设置了连接箱体11两侧壁的横梁17，横梁17上开设螺纹孔，负氧离子发生装置3通过基座33固定在横梁17上，横梁17承载负氧离子发生装置3的一侧边并承受大部分重量。在横梁17侧边一定距离处，两侧壁上分别设置了短梁18和固定台19，短梁18和固定台19不连接，二者之间形成了用于让长管36通过的空间。本实施例中，固定台19上开设螺纹孔，用于固定负氧离子发生装置3。本实施例中，横梁17与固定台19之间的侧壁上，开设第一通孔14，第二弯头35通过第一通孔14与外界高压气源连通。

本实施例中，箱体11上沿开设了箱体安装槽13，用于封盖2的安装。箱体11下部设置与液体源连通的进水管15，进水管15下部通过支撑筋111与箱体11连接，保证进水管15的强度，避免发生断裂。箱体11底部设置四个支脚16，对箱体11进行支撑，支脚16通过板筋110与箱体11连接，提高支撑强度。

本实施例中，封盖2包括盖体21，盖体21下部设置箱体安装条22，箱体安装条22插入箱体安装槽13中，将封盖2和水箱1连接，二者通过螺栓固定。盖体21上部设置支撑台23，支撑台23上部开设圆形出气孔24。本实施例中，出气孔24由支撑台23向上延伸，并设置了两个，延长了负离子流通通道，进一步的让阳离子富集成液滴落下。

本实施例中，液体从进水管15进入，高压气流从第一通孔14进入，正负离子从上方出气孔24排出，本实施例液体采用常见的自来水，高压气流的种类为空气，气压强度为0.2Mpa，进气量为30L/min。

水箱1用来装液体及收集回收后的液体，封盖2扣合在水箱1上，用螺丝连接紧固，两者扣合出有凹凸气密边，保证一定的压力下不会漏气漏液。高压气流进入负氧离子发生装置3后，除去反应生成正负离子外，多余的气体也会形成气流，承载着含有正负离子的水雾从出气孔24排出。

本实施例中，长管36一端要求尽可能贴近水箱1底部而不堵住。本实施例工作过程为，从进水管15灌入自来水，淹没长管36一端后，从第一通孔14通入高压气流，高压气流在喷管32里形成负压区，通过长管36将自来水也吸入喷管32，高压气流切割水流形成大量的5-10微米液滴(其中气流与液体体积比约为1000：1)，此过程开始产生正负离子，之后，气流挟裹含有正负离子团的水雾从喷管32喷涌而出，冲击挡杆313，一些上一步未切割破解的较大液滴经过碰撞完成破解，进一步气流提高正负离子浓度，同时分子量较大的正离子在挡块作用下重新汇聚成较大液滴，流回水箱1，而分子量较小，惯性较小的负离子则依旧被气流挟裹，随水雾气流和剩下的正离子从出气孔24排出。

该装置在如上实例的情况下(液体采用常见的自来水，高压气流的种类为空气，气压强度为0.2Mpa，进气量为30L/min。)通过质谱仪检测，负离子主要种类为NO

H2O→H2O

H2O+e→H

H

OH

e+O

e+O

0

O

OH

HCO

OH

HO

HCO

通过负离子计数器检测，单位时间内产生的负离子浓度较高且稳定性良好(可达到100万/cm3以上)。且没有检测到有臭氧以及静电现象。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。