CN101912761B - 一种均匀电场介电质放电反应器 - Google Patents

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Abstract

一种均匀电场介电质放电反应器，该介电质放电反应器包括：由正、负电极板组成的电极单元(3、31)，置于正负电极板之间的介电质触媒容器结构(4)，安装在介电质触媒容器结构内部的触媒反应器引流板结构，容纳上述结构的外壳(2)和进、出口管(7、8)。电极单元为一绝缘材料制成的平面结构，在面上均匀分布固定着的放电针与电路相连；两块电极板的电极性不同，平行放置在介电质结构的两侧；介电质触媒容器结构为空心实体，介电质结构内侧附着金属触媒。引流板由导电基材制成，引流板双面皆附着触媒涂层。本发明可用于有机气体、溶剂的分解、杀灭空气中或水中的細菌、降解流经的油烟等，可设计成空气净化、液体杀菌消毒或污水处理设备。

Description

一种均匀电场介电质放电反应器
技术领域
本发明涉及一种均匀电场介电质放电反应器，属高电压放电技术领域。
背景技术
利用介电质放电可以分解空气中的甲苯、二甲苯等有害的有机气体，这方面已有研究人员作过一些工作。如《中国环境科学》2001年06期“介质阻挡放电常气压分解苯、二甲苯”一文介绍了采用介质阻挡放电(DBD)分解常气压下流动态气体中的苯、二甲苯废气的研究情况；利用高电压放电对污水进行处理也有相关研究，但停留在实验研究阶段，如《大连理工大学》2003年论文“介质阻挡放电反应器在水处理中的实验研究”对高压脉冲放电水处理方式机理和放电的特性进行了实验研究。与本发明相关的原理、技术仅如上述水平，尚未见到如何架构均匀电场的介电质放电反应器。
传统的介电质放电反应器有螺旋管式和填充床式介电质放电反应器，这些反应器采用的结构一般都大同小异，形成的电场也并不是非常均匀，其处理效果就存在暇疵，且臭氧浓度高，仍不够理想。
发明内容
本发明的目的是，为了解决现有介电质放电结构上不够合理、成本高昂、大量臭氧释放及应用受限的问题。其最大不足为电场均匀度不够，处理效果不够理想，存在大量臭氧释放等问题，本发明提出一种均匀电场介电质放电反应器，这种反应器能彻底解决上述问题，更重要的是让介电质放电原理进一步发展到均匀电场的层面，易于应用到人们日常生活的领域，使经济的架构杀菌、除臭、分解TVOCs的设备成为一种可能。利用此创新原理的设备所具有的杀菌、除臭、分解TVOCs的功能可以作用于空气、水、液体饮料、废水及部分固体等。
实现本发明目的的技术方案是，本发明一种均匀电场介电质放电反应器包括：
正、负电极板组成的电极单元(3、31)；
置于平行正、负电极板之间的介电质触媒容器结构(4)；
安装在介电质触媒容器结构内部的触媒反应器引流板结构；
容纳上述结构的外壳(2)和进、出口管(7、8)。
电极单元为一绝缘材料制成的平面框架结构，如图7、图8、图9所示。电极板尺寸为100mm～5000mm×100mm～5000mm，根据需要进行选取。在电极板面上均匀分布固定着放电针，放电针与埋设在板面中的电线连接，各放电针并联在电路上。两块电极板电极性不同，平行放置在介电质触媒容器结构的两侧，放电針尖到介电质触媒容器结构之间的距离为5mm-60mm位置上，所有放电针一一对应，而介电质触媒容器结构的尺寸、体积大小与电源的供电功率成正比。
介电质触媒容器结构本身为空心实体，可为矩形、圆形、不规则等形状的实体，其平面尺寸大小与电极单元一致，介电质触媒容器结构内侧附着金属或金属氧化物，如金、银、铂、镍、锰、铬等及其氧化物，作为金属触媒。图2和图4分别是介电质触媒容器结构的两种形式，介电质触媒容器框架(40)为导电基材，介电质触媒容器内侧为金属触媒(42)。
为了提高进入介电质放电反应器的流体与介电质接触的机会，可在介电质触媒容器结构内增加引流板以提高流体与介电质接触的机会，使整体介电质放电反应器的效率再度拉升，其中引流板的材质结构与介电质触媒容器结构本身相同，所不同者是引流板双面皆附着有金属氧化物皮层或金属皮层。如图12、图13和图15是引流板结构的几种形式。图12为图10内部结构，所示引流板结构是其内部安装的引流板呈菱形结构，被处理的气体(或流体)穿过呈菱形布置的引流板；图13所示引流板结构是其内部安装的引流板呈波浪形，引流板安装在进口和出口的轴线上。引流板框架由引流板(41)构成，引流板由导电基材制成，引流板双面皆附着有金属氧化物皮层或金属皮层触媒涂层(42)，引流板框架内的引流板可以组合成菱形或波浪形结构；图15所示引流板结构是内部的引流板组成折流式结构，被处理的气体(或流体)穿过引流板组成的折流通道，增加了流体在引流结构中的滞留时间。
当电极单元接通高压直流电时，两个电极单元分别接正、负极，或分别接负极与接地，连接正、负极的放电针相对进行点对点放电，在点对点之间的高压下，导电空心实体介电质放电，正、负电离子在介电质空心实体上迅速中和，且离子在空心实体介电质上传导，空心介电质为电的良导体使得空心实体介电质上的放电变得均匀同時产生强大能量，此强大的放电能量对于流经此介电质空心实体内部的有机气体、有机溶剂的分解相当有效，介电质内部空间的任何細菌无论在空气中或水中均能被快速杀灭，流经的油烟或有害气体等能被有效分解等。
本发明用于气体处理时，当空气中的苯、甲醛等有害气体流经本介电质高压放电反应器，均被电离，快速氧化成负离子，与空气结合后，还原成氧气、水和二氧化碳。同时在两个电极单元之间形成了电场，处于两个电极单元之间的介电质空心实体受到电场的感应，附着其上的金属触媒会生成金属离子。当空气穿过处理单元时，处理单元附着的金属受电场感应产生金属离子，能有效降解空气中的甲醛、苯、氨等TVOC有毒有害气体，金属离子氧化能力强，同时也有很强的杀菌性能，可以长期持续地不同程度地改善室内空气的质量。处理单元上金属触媒形成的金属离子还能对点对点放电时产生的臭氧起到抑制作用，大大减少臭氧的生成。
本发明用于液体杀菌处理时，在本介电质高压放电反应器电极单元通电后，会在两个电极单元之间的介电质空心实体内形成了强电场，当需要杀菌的液体，如自来水、饮料等流经时，在电场的作用下，液体中的大肠杆菌等均会被迅速杀灭。
本发明用于污水的净化处理时，在本介电质高压放电反应器电极单元通电后，会在两个电极单元之间的介电质空心实体内形成了强电场，处于两个电极单元之间的介电质空心实体受到电场的感应，附着其上的金属触媒会生成金属离子。当污水液体通过电极单元和处理单元时，处理单元附着的金属在电场中产生金属离子，能有效降解污水中的COD、有机磷等有毒物质，起到净化污水的作用。
可以根据对气或水处理的需要，将若干个本发明均匀电场介电质放电反应器串联连接组成模组化高压介电质处理单元，进行多级处理。串联时，第一级的进气(液体)口为总进气(液体)口，第一级的出气(液体)口连接第二级的进气(液体)口，第二级的出气(液体)口连接第三级的进气(液体)口，以此类推，最后一级的出气(液体)口为总出气(液体)口。如图17所示为一模组化高压介电质处理单元，它由3级介电质放电反应器串联而成，处理效果更佳。
本发明与现有技术比较的有益效果是，本发明能有效杀菌、分解和去除TVOCs等有机可挥发性气体，又能抑制臭氧的生成，更重要的是高压放电反应器内放电反应均匀，减少处理过程中产生局部没有反应的死角。本发明可用于有机气体、有机溶剂的分解，可用于快速杀死在空气中或水中的細菌，可用于有效分解流经的油烟，可用于塑胶高分子材料的表面改性等场所；可设计出空气净化器、有机污水处理设备、农产品杀菌设备、医院杀菌消毒设备、厨房杀菌消毒设备、分解油烟机等，可应用场所相当广泛。
附图说明
图1是介电质反应器剖面图；
图2是触媒容器结构(1)；
图3是触媒容器结构(1)的A-A剖面图；
图4是触媒容器结构(2)立体图；
图5是触媒容器结构(2)的M面视图；
图6是触媒容器结构(2)的B-B剖面图；
图7是触媒容器结构为矩形的处理单元原理图；
图8是触媒容器结构为圆柱形的处理单元原理图；
图9是放电电极结构示意图；
图10是放电电极结构C-C放大图；
图11是触媒反应器含引流板结构(1)外观图；
图12是触媒反应器引流板结构(1)内部结构示意图；
图13是触媒反应器引流板结构(1)D-D剖面图；
图14是触媒反应器引流板结构(2)示意图；
图15是触媒反应器引流板结构(2)E-E剖面图；
图16是触媒反应器引流板结构(3)示意图；
图17是触媒反应器引流板结构流体路径示意图；
图18是模组化高压介电质处理单元；
图中图号：(1)绝缘接头；(2)绝缘外壳；(3)正电极板；(4)触媒容器；(5)密封块；(6)密封圈；(7)流体入口；(8)流体出口；(9)接线端子；(31)负电极板；(40)介电质触媒容器框架；(41)引流板；(42)；触媒涂层；(43)；触媒网(44)流体路径；(45)发射针；(46)电路；(47)上固定板；(48)下固定板；(50)；(100)处理单元1；(200)处理单元2；(300)处理单元3；(441)电极板材料；(442)绝缘材料。
具体实施方式
实施例1
本发明实施例均匀电场介电质放电反应器由正、负电极板组成的电极单元、介电质触媒容器结构、安装在介电质触媒容器结构上下端的出、进口管和容纳上述结构的外壳所组成。
本实施例介电质触媒容器结构如图2、图3所示为一横截面为矩形不锈钢制长方体结构，其外形尺寸为300mm×300mm×1000mm内部涂复有铂、镍金属触媒涂层，介电质触媒容器结构上下部圆孔与管道焊接，上管为出水管，下管为进水管；正负电极单元平行放置在介电质触媒容器结构的两侧，正负电极板的平面尺寸为300mm×1000mm，在框架面上均匀分布固定着放电针，放电針到介电质触媒容器结构之间的距离为50mm。本实施例供给的电源电压为5万伏，可用于净化污水。
实施例2
本发明实施例均匀电场介电质放电反应器由正、负电极板组成的电极单元、介电质触媒容器结构、安装在介电质触媒容器结构上下端的出、进口管和容纳上述结构的外壳所组成。
本实施例介电质触媒容器结构如图8所示为一横截面为圆形的不锈钢制圆筒状结构，其内腔尺寸为Φ200mm×1000mm，圆筒状结构介电质触媒容器固定在上下固定板(47、48)上，圆筒状结构介电质触媒容器内壁涂复有铂、镍金属触媒涂层，介电质触媒容器结构的上下固定板(47、48)中心圆孔与管道焊接，上管为出水管，下管为进水管；正负电极单元平行放置在介电质触媒容器结构的两侧，正负电极板为一与圆筒状结构介电质触媒容器同心的弧柱面结构，其电极板弧柱面内圆直径为Φ250mm，高1000mm，弧面弦宽度为180mm，在圆弧状电极板内圆柱面上垂直于弧柱面均匀分布固定着放电针，放电針到圆柱形介电质触媒容器结构外壁之间的距离为30mm。本实施例供给的电源电压为2万伏，在介电质触媒容器能产生强电场，可用于自来水的杀菌或用于牛奶、饮料等的杀菌处理。
实施例3
本发明实施例均匀电场介电质放电反应器由正、负电极板组成的电极单元、介电质触媒容器结构、触媒反应器引流板结构、安装在介电质触媒容器结构上下端的出、进口管和容纳上述结构的外壳所组成。
本实施例介电质触媒容器结构如图4、图5、图6所示，为一横截面为矩形铝制长方体结构，其各侧面为网状格栅，其外形尺寸为200mm×300mm×800mm内部涂复有铂、镍金属触媒涂层，介电质触媒容器结构上下部圆孔与管道焊接，上管为出气管，下管为进气管；触媒反应器引流板结构如图16所示，为折流式引流板结构，它安装在介电质触媒容器内，其外形尺寸略小于介电质触媒容器内腔尺寸；正负电极单元平行放置在介电质触媒容器结构的两侧，正负电极板的平面尺寸为300mm×800mm，在框架面上均匀分布固定着放电针，放电針到介电质触媒容器结构之间的距离为35mm。本实施例供给的电源电压为3万伏，可用于净化空气。
实施例4
本发明实施例均匀电场介电质放电反应器由正、负电极板组成的电极单元、介电质触媒容器结构、触媒反应器引流板结构、安装在介电质触媒容器结构上下端的出、进口管和容纳上述结构的外壳所组成。
本实施例介电质触媒容器结构如图2、图3所示为一横截面为矩形不锈钢制长方体结构，其外形尺寸为500mm×500mm×2000mm内部涂复有铂、镍金属触媒涂层；介电质触媒容器结构内设置了如图11、图12、图13所示的菱形式触媒反应器引流板结构；触媒反应器引流板结构的外形尺寸为400mm×400mm×2000mm；介电质触媒容器结构上下部圆孔与管道焊接，上管为出水管，下管为进水管；正负电极单元平行放置在介电质触媒容器结构的两侧，正负电极板的平面尺寸为300mm×2000mm，在框架面上均匀分布固定着放电针，放电針到介电质触媒容器结构之间的距离为50mm。本实施例供给的电源电压为5万伏，可用于净化污水。
实施例5
本发明实施例均匀电场介电质放电反应器由正、负电极板组成的电极单元、介电质触媒容器结构、触媒反应器引流板结构、安装在介电质触媒容器结构上下端的出、进口管和容纳上述结构的外壳所组成。
本实施例介电质触媒容器结构如图2、图3所示为一横截面为矩形不锈钢制长方体结构，其外形尺寸为300mm×300mm×1000mm内部涂复有铂、镍金属触媒涂层；介电质触媒容器结构内设置了如图14、图15所示的波浪形触媒反应器引流板结构；触媒反应器引流板结构的外形尺寸为250mm×250mm×1000mm；介电质触媒容器结构上下部圆孔与管道焊接，上管为出水管，下管为水管；正负电极单元平行放置在介电质触媒容器结构的两侧，正负电极板的平面尺寸为250mm×1000mm，在框架面上均匀分布固定着放电针，放电針到介电质触媒容器结构之间的距离为50mm。将本实施例相同的三个均匀电场介电质放电反应器串联起来如图18所示，组成一个模组化高压介电质单元处理系统。本实施例供给的电源电压为5万伏，可用于净化污水。

Claims (3)

1.一种均匀电场介电质放电反应器，其特征是，所述均匀电场介电质放电反应器由正、负电极板组成的电极单元、介电质触媒容器结构、安装在介电质触媒容器结构上下端的出、进口管和容纳上述结构的外壳所组成，其中，
所述电极单元为一绝缘材料制成的平面框架结构，在框架面上均匀分布固定着放电针，各放电针并联在电路上；两块电极板的电极性不同，平行放置在介电质触媒容器结构的两侧，放电針尖到介电质触媒容器结构之间的距离为5mm-60mm；
介电质触媒容器结构置于平行正负电极板之间；
安装在介电质触媒容器结构内部的触媒反应器引流板结构，所述引流板结构内部安装的引流板呈波浪形，引流板安装在进口和出口的轴线上；而且，
电源电压为5万伏。
2.权利要求1所述的一种均匀电场介电质放电反应器，其中，所述介电质触媒容器结构为一横截面为矩形不锈钢制长方体结构，其外形尺寸为300mm×300mm×1000mm，其内部涂复有铂、镍金属触媒涂层；正负电极单元平行放置在介电质触媒容器结构的两侧，正负电极板的平面尺寸为300mm×1000mm，在框架面上均匀分布固定着放电针，放电針到介电质触媒容器结构之间的距离为50mm。
3.权利要求1或2所述的一种均匀电场介电质放电反应器在净化污水中的应用。
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