CN100560215C - 针阵列电极双极电晕放电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于低温等离子体及环境污染治理技术领域，为一种针阵列电极双极电晕放电装置。针阵列为放电电极的双极电晕放电发生装置主要由电气控制单元、高压直流电源和针阵列为放电电极的双极电晕放电反应器组成。双极电晕放电反应器最主要的特点是高压电极和地电极同为针阵列电极。本发明的优点是，采用针阵列对针阵列的双极放电电极结构，提高了正直流电晕放电的最大可注入功率。两电极均为针阵列结构，放电发生在针尖处，所以两电极上捕集了较厚的微粒也不会影响放电，大大提高了放电的稳定性。本发明应用范围广，可根据需要加工各种不同大小的反应器。其一次性设备所需投入少，能量利用率高，运行费用低，维护方便。
Description
技术领域
本发明属于低温等离子体及环境污染治理技术领域，是一种针阵列电极双极电晕放电装置。
背景技术
电晕放电是常压下产生等离子体的主要放电方式之一。因其实用高效没有二次污染而广泛应用于环境污染治理。
目前电晕放电从电极结构上分主要有线筒式，线板式，针板式等，线或针为高压电极，筒或板为地电极。高压电源按极性分为正高压电源和负高压电源，按高压输出波形特性分直流，交流，和脉冲高压等。公开文献环境污染与防治，2006，283：205-209介绍了脉冲电晕放电的应用研究。其中脉冲成形和脉冲传输技术非常复杂，电源回路中各高压器件特性直接影响高压脉冲电晕放电特性，脉冲成形和脉冲传输过程中能耗较大目前能达的电源效率约为70％，还存在电源和反应器匹配的问题，另外各高压元件受脉冲冲击有寿命问题目前脉冲电容寿命仅达109～1010次，所以该技术发展还未成熟，特别是在大功率和高脉冲电压峰值的研究中有待新的突破脉冲电压峰值能达100~150kV的电源其最大输出功率仅达几十kW。
对于线筒式或线板式反应器来说，正高压直流电晕放电区明显小于负直流高压电晕放电区，且负电晕放电更稳定，所以广泛应用的是负直流电晕放电，电压值一般在几十kV以下。对于常规的工业电除尘和产生少量的负离子等应用，负直流电晕放电已足够强烈。但是为了产生更强烈的流光放电用于收集超微细颗粒，去除有害化学物质，或改变金属或高分子材料表面特性等，直流负电晕放电已不能胜任。此外，近年来还发展起来一种辉光放电方式，也就是用一个负直流高压电源和一个多针电极对金属板电极的反应器，将负高压加到多针电极上，在所述电极之间的空间放电，对流经的气体进行处理。要求流经气流速度达几十m/s甚至几百m/s，以保证放电稳定。由于该放电属于辉光放电，其产生的高能电子能级～1ev相对于流光放电产生的高能电子能级5～10ev低，给应用带来局限。
发明内容
本发明的目的是提供一种在室温、常压下，能长期稳定高效运行的双极电晕放电发生装置。
本发明的技术原理是：尖端电极周围电场极不均匀，加直流高压电会形成大气压下稳定的电晕放电。
本发明是通过下述技术方案实现的：针阵列电极双极电晕放电装置，由电气控制单元、高压直流电源、高压接入端口1、高压电极板2、地电极板3和接地极4组成，高压电极板2和地电极板3采用相同的针阵列结构，即在电极板上焊有2-58排，每排2-50根的针尖体，电极板上的针尖体均为有序排列，针尖体之间的间距在15-30mm内、针尖体高度为5-7mm，高压电极板2和地电极板3上的针尖体的间距在15-40mm，高压接入端口1与高压直流电源相连接，针阵列地电极板3与接地极4相连接，高压直流电源所加正负直流高压10-30kV。
高压电极板2和地电极板3采用不锈钢材质，高压电气连接采用陶瓷套管和耐高温密封胶效果最好。为了使电晕放电反应器装置长期、稳定、高效地运行，在相同外加正直流高压下，针阵列对针阵列电极形成电场的平均电场强度大于其他几种常见的电极结构线筒，线板，针板，所以能得到更大的电流，从而所对应的放电功率更高。因为两电极均为针阵列结构，放电发生在针尖处，所以两电极上捕集了较厚的微粒也不会影响放电的稳定性。
本发明的效果和益处是，采用针阵列对针阵列的双极放电电极结构，提高了正直流电晕放电的最大可注入功率。两电极均为针阵列结构，放电发生在针尖处，所以两电极上捕集了较厚的微粒也不会影响放电的稳定性，大大提高了放电的稳定性和反应器的再生周期。本发明应用范围广，可根据需要加工各种不同大小的反应器。其一次性设备所需投入少，能量利用率高，运行费用低，维护方便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的针阵列双极电晕放电反应器结构示意图。
图中：1、高压接入端口，2、针阵列高压电极，3、针阵列地电极，4、接地极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
多针尖体对多针尖体双极电晕放电伏安特性研究。高压端和地端均为等间距分布在一直线上的10根针尖体。在针尖体半径a＝0.1mm，同极针尖体间距s＝20mm，电极间距d＝20mm条件下，测量其伏安特性。正电晕和负电晕的双极电晕放电的伏安曲线较为接近，包括火花击穿电压也较为接近。保持上述三个电极结构参数中的两个一定，改变第三个参数，得到：放电电流I随针尖体半径a和电极间距d的增大而减小；随同极针尖体间距s的增大而增大，当s≥40mm时，I几乎不变；d对火花击穿电压影响较大，a对其的影响较小。
实施例2
多针尖体对多针尖体双极电晕放电电极间距优化。高压端和地端均为等间距分布在一直线上的10根针尖体。在高压端加16kV正直流高压，测量不同的相邻针尖体间距s和电极间距d下的放电电流，计算出放电功率密度。得到放电功率密度随针尖体间距的增大总体呈下降趋势，相邻针尖体间距在12到22mm时放电功率密度变化不大。考虑到放电稳定性和放电功率密度较大，得到优化的相邻针尖体间距s为20mm。放电功率密度随电极间距的增大而下降；在电极间距d约为32mm时，放电具有最大可注入功率密度。
Claims (1)
1、针阵列电极双极电晕放电装置，由电气控制单元、高压直流电源、高压接入端口(1)、高压电极板(2)、地电极板(3)和接地极(4)组成，其特征在于，高压电极板(2)和地电极板(3)采用相同的针阵列结构，即在电极板上焊有2-58排，每排2-50根的针尖体，电极板上的针尖体均为有序排列，针尖体之间的间距在15-30mm内、针尖体高度为5-7mm，高压电极板(2)和地电极板(3)上的针尖体的间距在15-40mm，高压接入端口(1)与高压直流电源相连接，针阵列地电极板(3)与接地极(4)相连接。
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| 针阵列对板电晕放电捕集微细颗粒物研究. 朱益民，孔祥鹏，陈海丰，宿鹏浩，孙培廷，张曼霞.北京理工大学学报，第25卷第增刊期. 2005 |
| 针阵列对板电晕放电捕集微细颗粒物研究. 朱益民，孔祥鹏，陈海丰，宿鹏浩，孙培廷，张曼霞.北京理工大学学报，第25卷第增刊期. 2005 * |
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