CN106925123A - 一种向外部发射非均电场的介电电泳电极结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，其特征在于：包括第一电极板及第二电极板，在第一电极板、第二电极板上均分布设置有柱状突起和孔位，第一电极板的柱状突起及孔位与第二电极板的孔位及柱状突起位置互补；第一电极板与第二电极板的带有柱状突起的突起面相对扣合后，其中一电极板的柱状突起嵌入至另一电极板的孔位之内；第一电极板和第二电极板分别连接高频交流电源的不同输出端，在第一电极板和第二电极板的非突起面上形成向外发射非均电场的作用面。本发明的电极板上的柱状突起可使电场发射至作用面外部，而不封闭于电极板之间，从而增强介电电泳效果。

Description

一种向外部发射非均电场的介电电泳电极结构
技术领域
本发明属于物质净化、分离、浓缩提纯技术领域，涉及一种向外部发射非均电场的介电电泳电极结构。
背景技术
介电电泳(Dielectrophoresis—DEP)技术描述的是位于非匀称电场的中性微粒由于电极化的作用而产生的平移运动，介电力的大小与悬浮颗粒是否带电无关，取决于悬浮微粒的大小、悬浮微粒和所悬浮媒介的电特性，即介电常数、电导率、电场强度、频率、悬浮媒介的粘度等参数，所以介电电泳分离发拥有更高的选择性；更易的控制性；更高的分离提取效率。
随着社会经济的发展，自然界的水因工业、生活污染越来越严重，已不宜直接饮用，需要对水进行净化处理，现在常用的水的净化处理方法是采用半透膜过滤法。但此方法存在一个严重的技术缺点，在过滤过程中膜污染、结垢和浓差极化现象严重，需添加额外物质例如化学药剂定期清洗，减少在膜过滤工艺中发生的膜污染和结垢，使得产水周期短、效率低、成本高。
随着我国有色行业的快速发展，含有稀贵金属的工矿业废水在逐年增加。这些贵重金属多为非降解型有毒物质，常以游离态低浓度的微米级颗粒残存于工矿业废水中，不具备自然净化能力，一旦进入环境就很难从环境中去除，且这种特定的存在方式不能被常规分离方法有效地分离。目前现有的废水处理工艺回收金属量小，高pH值沉淀造成回收物料杂质含量高，二次处理难度大，工艺冗长复杂，处理时间长，而且容易造成二次污染。如果这些废水直接排放，不仅污染周围环境，而且也使有用资源流失。由于环境保护的迫切性日益突出，生产废水的处理与回用更显得尤为重要。
随着生活发展，越来越多的液体食品、药液和高纯度的固态药剂被人们需求，在食品、药品提纯浓缩过程中常用的不破坏溶质质量品质的液体浓缩方法是膜分离，利用半透膜的选择性透过原理使得的溶质和或胶质和/或悬浮颗粒与溶液分离实现浓缩提纯。由于这些液体都是均匀混合状态在整个浓缩过程中膜将会对随着浓缩时间的推移而浓度变高的液体渗透过滤，且这些食品、药品都是含有丰富的蛋白质、糖分、果胶等成分，其粘稠性较高。在渗透浓缩过程中就必然出现严重的膜污染、结垢和浓差极化现象，使得浓缩周期短、效率低、成本高、膜使用寿命短。
发明内容
本发明的目的是在于克服现有技术的不足，提供一种将位于一电极板的柱状突起插入位于另一电极板的孔位，两者共同构成一个发射非均电场的工作单元体，柱状突起作为发射端点，在高频交变电流的作用下，使发射的电场穿过孔位到达对面电极板之外的作用面上的向外部发射非均电场的介电电泳电极结构。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，其特征在于：包括第一电极板及第二电极板，在第一电极板、第二电极板上均分布设置有柱状突起和孔位，第一电极板的柱状突起及孔位与第二电极板的孔位及柱状突起位置互补；第一电极板与第二电极板的带有柱状突起的突起面相对扣合后，其中一电极板的柱状突起嵌入至另一电极板的孔位之内；第一电极板和第二电极板分别连接高频交流电源的不同输出端，在第一电极板和第二电极板的非突起面上形成向外发射非均电场的作用面。
第一电极板和第二电极板的表面具有绝缘层。
所述第一电极板、第二电极板的突起面相对扣合后，其中一电极板所制的柱状突起的顶端与另一电极板的非突起面齐平。
所述的第一电极板、第二电极板采用金属薄板或薄片冲压成型，其上成型的柱状突起和孔位形成相互交错的阵列分布。
所述的相互交错的阵列分布方式为：第一电极板的第n行的第奇数位置和第n+1行的第偶数位置为柱状突起，第n行的第偶数位置和第n+1行的第奇数位置为孔位；第二电极板的柱状突起和孔位则与第一电极板的孔位和柱状突起位置对应。
所述的相互交错的阵列分布方式为：第一电极板的第n行均为柱状突起或孔位，第n+1行均为孔位或柱状突起；第二电极板的柱状突起和孔位则与第一电极板的孔位和柱状突起位置对应。
所述的第一电极板、第二电极板的板厚相同；所述柱状突起的横截面直径≤2.5mm；所述柱状突起与孔位为间隙配合，配合间隙不大于单边0.2mm。
所述的介电电泳电极结构为筒形。
所述的介电电泳电极结构为连续的螺旋卷结构或波纹板。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明的向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，位于不同电极板的柱状突起和孔位相互配合，共同构成一个发射非均电场的工作单元体，在高频交变电流作用下，工作单元体处的表面大曲率使得工作单元体所在区域的面电荷密度增高，其所在区域的不均场强随之增强；柱状突起作为发射端点与贯通电极板的孔位共同构成的工作单元体为开放式对外结构，发射的非均电场均穿过电极板到达表面之外，而不是将电场封闭在两电极板之间，不能有效发挥非均电场的介电电泳效应，造成浪费。同时，相对于传统介电电泳电极的面发射而言，柱状突起能形成尖端发射点，在作用面之外形成的电场中的介电电泳力更强。
2、本发明的向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，应用时，在介电电泳电极结构的外部包裹过滤膜，在不同频率和不同电压的交流电下产生不同的非均电场的介电电泳效应，根据所要处理的液体特性选择对应频率、电压的交流电源产生的对应介电力使液体中的微粒，在非均匀电场中的介电电泳作用下使得那些可通过滤膜虑孔的微小颗粒极化团聚成连，增大其体积，并向电场强度减弱的方向运动，使得这些需处理的物质与过滤模表面保持一定的净距离，从而增强过滤膜的过滤能力，并实现减弱甚至防止过滤膜的浓差极化效应，降低膜表面结垢堵塞，延长过滤膜的使用寿命。同时，介电电泳所具有的电渗效应使水分子产生定向透过膜的移动现象，增加水分子通过效率，从而提高对所处理物质的处理速率。
3、本发明的向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，根据所处理物质的电特性选择工作单元在电极板上的组合排列形位、尺寸、间距、交变电流的频率、电压，在介电电泳电极结构的两个作用面上分布不均电场，使得对外非均电场在电极结构的外表面具有一定的分布形式和密集度，满足对所处理物质净化、分离、浓缩提纯。
4、本发明的向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，可实现目标水质的净化、稀贵金属的回收、液体食品/药品的浓缩，另外，在水质的净化、稀贵金属的回收、液体食品/药品的浓缩时，无需添加额外物质例如化学药剂，因此降低成本、工时，提高效率，防止二次污染。
附图说明
图1是本发明的两块电极板的组合前相对位置示意图；
图2是本发明的两块电极板的组合前相对位置立体结构示意图；
图3是本发明的单块电极板的结构剖面图；
图4是本发明的单块电极板的立体结构示意图；
图5是本发明的两块电极板的组合后剖视图；
图6是本发明的两块电极板的组合后相对位置立体结构示意图；
图7是本发明的电极结构的一应用实施例；
图8是本发明的电极结构的另一应用实施例；
图9是本发明的电极结构在通电前的粒子分布状态示意图；
图10是本发明的电极结构在通电后的粒子分布状态示意图；
图11是本发明的电极结构在通电后产生的不均电场的电场强度等值线。
附图标记说明
1-第一电极板、2-第二电极板、3-柱状突起、4-孔位、5-作用面。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
如图1、图2所示，本发明的介电电泳电极结构包括第一电极板1、第二电极板2，第一电极板1和第二电极板2均为片状结构，其上均设置柱状突起3和孔位4，位于一电极板上的柱状突起3的形状尺寸与位于另一电极板上的孔位4的形状尺寸相配合，柱状突起3的高度与电极板的厚度一致。第一电极板1和第二电极板2外表面具有绝缘层，第一电极板1的柱状突起3和第二电极板2的孔位4的位置互补，反之亦然。
如图5、图6所示，安装时，第一电极板1、第二电极板2的突起面相对扣合，使第一电极板1的柱状突起3插入第二电极板2的孔位4之内，第二电极板2的柱状突起3插入第一电极板1的孔位4之内，两板的柱状突起3与孔位4配合为同心配合。第一电极板1的柱状突起3顶端与第二电极2的非突起面外表面平齐，第二电极板2的柱状突起3顶端与第一电极1的非突起面外表面平齐。
第一电极板1和第二电极板2分别连接高频交流电源的不同输出端，通电时，在柱状突起3的周围形成一个发射非均电场的工作单元体。则介电电泳电极结构具有两个分布工作单元体的作用面5。根据所需处理的液体内颗粒自身特性，可变更柱状突起3和孔位4所组成的工作单元的横截面直径，和工作单元之间的间距距离，在介电电泳电极结构的两个作用面5上分布不均电场，实现对目标颗粒的在整个净化、分离、浓缩工作面上的高效工作处理。
第一电极板、第二电极板的板厚相同；柱状突起的横截面直径≤2.5mm；柱状突起与孔位为间隙配合，配合间隙不大于单边0.2mm。
如图3、图4所示，以第一电极板1为例，第一电极板1通过一金属薄板或薄片冲压成型，其上的柱状突起3和孔位4呈相互交错的分布阵列。其分布方式包括：
1)第n行的第奇数位置和第n+1行的第偶数位置为柱状突起3，第n行的第偶数位置和第n+1行的第奇数位置为孔位4。使柱状突起3相邻的4个位置上均为与之相异的孔位4，反之孔位4相邻的4个位置上均为与之相异的柱状突起3。当通电时，在介电电泳电极结构的面上形成无方向性的均匀分布的非均电场，即整体均匀分布，但在柱状突起3的周围为非均电场。
2)第n行均为柱状突起3/孔位4，第n+1行均为孔位4/柱状突起3。当通电时，在介电电泳电极结构的面上形成沿柱状突起3与孔位4配合形成的工作单元体分布的非均电场。
如图7所示，本发明的介电电泳电极结构可为筒形，其第一电极板与第二电极板为筒形，并相互扣合。
如图8所示，本发明的本发明的介电电泳电极结构可为连续的螺旋卷结构或波纹板，其第二电极板与第二电极板为连续的螺旋卷结构或波纹板，并相互扣合。
如图9-图10所示，介电电泳电极结构，第一电极板1、第二电极板2分别连接高频交流电源的不同输出端，交流电相位相差180°。当接通交流电源时，由分别位于第一电极板1和第二电极板2的柱状突起3和孔位4共同构成的工作单元体向外发射非均电场，当交流电源输入的频率不同时，在作用面5上产生正介电电泳效应或负介电电泳效应。如图11所示，第一电极板1和第二电极板2分别连接高频交流电源的不同输出端，通电时，在柱状突起3与孔位4形成的发射非均电场的工作单元体顶部外平面的周围形成一个外放的强电场。
含尘气流进入作用面5的区域时，其中的颗粒物受到介电电泳力的作用向电场力减弱的方向移动，从而远离作用面5。当介电电泳力大于斯托克斯力时(颗粒物在低速流体中主要受力为粘滞阻力)，颗粒得以捕获在电极形成的电场范围内。且当颗粒浓度足够大时，电极周围的颗粒由于碰撞以及“链”效应凝聚成较大颗粒并沉降下来。这样就可以分离出气体或流体中的颗粒，并将它们收集起来。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (9)

1.一种向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，其特征在于：包括第一电极板及第二电极板，在第一电极板、第二电极板上均分布设置有柱状突起和孔位，第一电极板的柱状突起及孔位与第二电极板的孔位及柱状突起位置互补；第一电极板与第二电极板的带有柱状突起的突起面相对扣合后，其中一电极板的柱状突起嵌入至另一电极板的孔位之内；第一电极板和第二电极板分别连接高频交流电源的不同输出端，在第一电极板和第二电极板的非突起面上形成向外发射非均电场的作用面。
2.根据权利要求1所述的一种向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，其特征在于：第一电极板和第二电极板的表面具有绝缘层。
3.根据权利要求1或2所述的一种向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，其特征在于：所述第一电极板、第二电极板的突起面相对扣合后，其中一电极板所制的柱状突起的顶端与另一电极板的非突起面齐平。
4.根据权利要求1所述的一种向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，其特征在于：所述的第一电极板、第二电极板采用金属薄板或薄片冲压成型，其上成型的柱状突起和孔位形成相互交错的阵列分布。
5.根据权利要求4所述的一种向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，其特征在于：所述的相互交错的阵列分布方式为：第一电极板的第n行的第奇数位置和第n+1行的第偶数位置为柱状突起，第n行的第偶数位置和第n+1行的第奇数位置为孔位；第二电极板的柱状突起和孔位则与第一电极板的孔位和柱状突起位置对应。
6.根据权利要求4所述的一种向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，其特征在于：所述的相互交错的阵列分布方式为：第一电极板的第n行均为柱状突起或孔位，第n+1行均为孔位或柱状突起；第二电极板的柱状突起和孔位则与第一电极板的孔位和柱状突起位置对应。
7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的一种向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，其特征在于：所述的第一电极板、第二电极板的板厚相同；所述柱状突起的横截面直径≤2.5mm；所述柱状突起与孔位为间隙配合，配合间隙不大于单边0.2mm。
8.根据权利要求1或2或4或5或6所述的一种向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，其特征在于：所述的介电电泳电极结构为筒形。
9.根据权利要求1或2或4或5或6所述的一种向外部发射非均电场的介电电泳电极结构，其特征在于：所述的介电电泳电极结构为连续的螺旋卷结构或波纹板。
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