CN107360659A - 一种等离子体发生器和净化器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种等离子体发生器和净化器，所述等离子体发生器包括：工作电极，连接稳压电源，用于在所述稳压电源的输出电压达到预设值时进行放电；对电极，用于与所述工作电极之间形成不均匀的电场；控制器，用于使所述对电极与所述工作电极产生相对运动，以使所述工作电极与所述对电极之间的电场发生变化。该方案实现了在输出高压不变的条件下空间电场实时变化，进而使得空间电荷不停变化排布，有效提高了荷电效率，使得工作电极周围更容易产生等离子体，而在变化电场的作用下，等离子体中的分子/原子、电子具有更高能量，更容易发生反应，提高了分子反应速率，促进了气态污染物的分解，同时可以保证放电的稳定性，避免产生臭氧。

Description

一种等离子体发生器和净化器

技术领域

本发明涉及环境净化领域，具体涉及一种等离子体发生器和净化器。

背景技术

等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。等离子体技术处理污染物的原理为：在外加电场的作用下，介质放电产生的大量携能电子轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，然后便引发了一系列复杂的物理、化学反应，使复杂大分子污染物转变为简单小分子安全物质，或使有毒有害物质转变成无毒无害或低毒低害的物质，从而使污染物得以降解去除。因其电离后产生的电子平均能量在10ev，适当控制反应条件可以实现一般情况下难以实现或速度很慢的化学反应变得十分快速。作为环境污染处理领域中的一项具有极强潜在优势的高新技术，等离子体受到了国内外相关学科界的高度关注，采用等离子体技术的净化器应运而生。

等离子体发生器的主要工作原理是将低电压通过升压电路升至正高压及负高压，利用正高压及负高压电离空气(主要是氧气)产生大量的正离子及负离子，负离子的数量大于正离子的数量。等离子发生器同时产生的正离子与负离子在空气中进行正负电荷中和的瞬间产生巨大的能量释放，从而导致其周围细菌结构的改变或能量的转换，从而致使细菌死亡，实现其杀菌净化的作用。因此等离子体净化器的净化效果主要取决于等离子体发生器的电离效率。气体在极不均匀电场中发生电离是室内电晕等离子体产生的一种重要方式，现有技术中，等离子体发生器的工作方式一般有如下两种：

方案一：通过直流稳压电源输出高压，通过电场分布的不均匀性发生电离，产生等离子体。稳压电源的一个好处是输出电压平稳，纹波少，但是由于不均匀电场稳定不变，分子碰撞效率不高，去除气态污染物效果差；

方案二：采用交变电压进行电离，该方案虽然在电压变化时，能够得到周期变化的电场，解决了方案一中因不均匀电场稳定不变造成的分子碰撞效率不高的缺陷，但是由于电压较高，很难控制输出电压的稳定性，并且该方案产生的纹波多，波纹会带来放电不稳定，并产生大量的臭氧。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于如何在减少等离子体发生器的波纹的同时提高分子碰撞效率。

有鉴于此，本发明实施例的第一方面提供了一种等离子体发生器，包括：工作电极，连接稳压电源，用于在所述稳压电源的输出电压达到预设值时进行放电；对电极，用于与所述工作电极之间形成不均匀的电场；控制器，用于使所述对电极与所述工作电极产生相对运动，以使所述工作电极与所述对电极之间的电场发生变化。

优选地，所述工作电极包括多个长条状电极，所述多个长条状电极成列排布形成工作电极列。

优选地，所述长条状电极为锯齿状电极、丝状电极和设置有针状阵列的条状电极中的一个或多个，其中所述锯齿和/或所述针状阵列朝向所述对电极。

优选地，所述对电极包括与所述多个长条状电极相对布置的多个子电极，所述多个子电极成列排布形成对电极列。

优选地，所述子电极为板状电极、柱状电极、格栅电极以及面向所述工作电极的一面为曲面的条状电极中的一个或多个。

优选地，所述工作电极列与所述对电极列相互平行布置。

优选地，所述对电极列沿垂直于所述工作电极列的方向运动。

优选地，所述工作电极列与所述对电极列相互垂直布置。

优选地，所述对电极列沿平行于所述工作电极列的方向运动。

优选地，所述工作电极列围绕所述对电极列布置，所述对电极列与所述工作电极列发生相对转动。

优选地，所述对电极为圆筒状电极，所述圆筒状电极上设置有多个通孔，所述工作电极列围绕所述圆筒状电极布置。

优选地，所述对电极和/或所述工作电极上设置有催化剂层。

优选地，所述催化剂为光催化剂。

本发明实施例的第二方面提供了一种净化器，包括：本发明实施例的第一方面提供所述等离子体发生器。

本发明的技术方案具有以下优点：

本发明提供的等离子体发生器和净化器，在稳压电源向等离子体发生器提供电压的情况下，通过控制工作电极和对电极产生相对运动，以使分布在工作电极和对电极之间的电场实时发生变化，如此，实现了在输出高压不变的条件下空间电场实时变化，进而使得空间电荷不停变化排布，有效提高了荷电效率，使得工作电极周围更容易产生等离子体，而在变化电场的作用下，等离子体中的分子/原子、电子具有更高能量，更容易发生反应；由电荷迁移产生的空间电荷在变化的电场中，时刻跟随变化的电场而改变迁移路线，从而使得电荷更容易与随气流运动的颗粒发生碰撞，从而提高了分子反应速率，促进了气态污染物的分解，同时可以保证电压稳定输出，保证了放电的稳定性，减少产生波纹，从而减少产生臭氧。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的等离子体发生器的一个结构示意图；

图2A为本发明实施例的工作电极为丝状电极时的一个示意图；

图2B为本发明实施例的对工作电极列与对电极列相互平行布置的一个示意图；

图2C为本发明实施例的工作电极列与对电极列相互平行布置时发生相对运动的一个俯视图；

图2D为本发明实施例的工作电极列与对电极列相互平行布置时发生相对运动的另一个俯视图；

图3A为本发明实施例的对工作电极列与对电极列相互垂直布置的一个示意图；

图3B为本发明实施例的工作电极列与对电极列相互垂直布置时发生相对运动的一个俯视图；

图3C为本发明实施例的工作电极列与对电极列相互垂直布置时发生相对运动的另一个俯视图；

图4A为本发明实施例的工作电极列围绕对电极布置的一个示意图；

图4B为本发明实施例的工作电极列围绕对电极布置时发生相对运动的一个俯视图；

图4C为本发明实施例的工作电极列围绕对电极布置时发生相对运动的另一个俯视图；

图5为本发明实施例的圆筒状电极的一个示意图；

图6为本发明实施例的净化器的一个框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种等离子体发生器，如图1所示，包括：工作电极1、对电极2和控制器3，其中工作电极1连接稳压电源4，用于在稳压电源4的输出电压达到预设值时进行放电，此处可以使用直流稳压电源4提供高电压进行电离，稳压电源4可以输出稳定的高压，纹波少，可以保证工作电极1放电的稳定性，并且可以采用电压反馈控制，确保在负载微弱变化时，输出稳定电压；对电极2用于与工作电极1之间形成不均匀的电场，不均匀电场可以为电离提供必要条件；控制器3用于使对电极2与工作电极1产生相对运动，以使工作电极1与对电极2之间的电场发生变化，此处电场可以是周期想的变化，也可以是无规则的变化，具体根据实际需要而定，并通过控制器3进行调节相对运动；在变化的电场中，等离子体中的分子/原子、电子具有更高能量，更容易发生反应，进而可以提高了分子反应速率，促进了气态污染物的分解。

作为一种优选方案，工作电极1包括多个长条状电极，多个长条状电极成列排布形成工作电极列。在实际应用场景中，工作电极1用于放电，为了达到更好的放电效果，一般会在工作电极1上面布置放电点，长条状的电极更加容易在上面布置放电点，从而可以提高放电效果。

作为一种优选方案，长条状电极为锯齿状电极、丝状电极和设置有针状阵列的条状电极中的一个或多个，其中锯齿和/或针状阵列朝向对电极2。具体地，如图2A所示，以多个丝状电极11组成的工作电极1为例，丝状电极11本身较细，可以满足放电要求，也可以在丝状电极11上设置针状阵列，使针状阵列的尖端朝向对电极2，如此可以得到更好的放电效果。

作为一种优选方案，对电极2包括与多个长条状电极相对布置的多个子电极，多个子电极成列排布形成对电极列。即对电极2可以由多个子电极组成，多个长条状电极和多个子电极之间可以形成的电场强度各不相等，如此，可以增加电场的不均匀性，在工作电极1的多个长条状电极和对电极2的多个子电极之间发生相对运动时，可以提高电场的变化频率，从而促进污染物的分解。

作为一种优选方案，子电极为板状电极、柱状电极、格栅电极以及面向工作电极1的一面为曲面的条状电极中的一个或多个。对于组成对电极列的子电极的形状，以避免或减少对电极2的二次放电为原则，因此子电极面向工作电极1的一侧不能出现尖端，所以子电极可以采用上述电极中的一个或多个，其中，当子电极面向工作电极1的一面为曲面时，不仅可以有效减少二次放电，而且可以增大除尘面积，因此柱状电极和面向工作电极1的一面为曲面的条状电极(比如把柱状电极沿着截面直径劈开后的形状)均可以增大除尘面积，从而提升等离子体发生器的除污效果。需要说明的是，本发明的子电极的形状并不局限于上述形状，只要是能实现本发明的技术方案的子电极形状均适用于本发明。

作为一种优选方案，工作电极列与对电极列相互平行布置，对电极列可以沿垂直于工作电极列的方向运动。具体地，如图2B所示，以多个丝状电极11组成的工作电极列和多个板状电极21组成的对电极列为例，工作电极列与对电极列相互平行布置，在二者发生相对运动时，运动方向可以根据实际需要而定，但是要保证，二者的相对运动或使得二者之间的电场发生变化，如图2C和图2D所示(箭头表示运动方向)，比如使板状电极21沿着垂直于丝状电极11的方向运动，此时，丝状电极11周围的强电场的区域发生相对移动，强电场区域总是出现在丝状电极11与对电极2的板状电极21连线R1的部分，运动时，空间电场强弱也在原来的基础上发生强弱变化，空间电荷受到的电场力的大小发生变化，迁移速度也会实时发生变化，从而可以提高荷电效率。等离子体区域发生变化，在移动变化的边界区域，更容易发生气体化学反应。

作为一种优选方案，工作电极列与对电极列相互垂直布置，对电极列可以沿平行于工作电极列的方向运动。具体地，如图3A所示，以多个丝状电极11组成的工作电极列和多个板状电极21组成的对电极列为例，工作电极列与对电极列相互垂直布置，在二者发生相对运动时，运动方向可以根据实际需要而定，同样要保证，二者的相对运动或使得二者之间的电场发生变化，如图3B和图3C所示(箭头方向为运动方向)，比如使板状电极21沿着平行于丝状电极11的方向运动，此时，丝状电极11周围的强电场的区域发生相对移动，强电场区域总是出现在丝状电极11与对电极2的板状电极21正对的位置(如图3B和图3C中的固定点#1和#2的电场变化所示)，运动时，空间电场强弱也在原来的基础上发生强弱变化，空间电荷受到的电场力的大小发生变化，迁移速度也会实时发生变化，从而可以提高荷电效率。等离子体区域发生变化，在移动变化的边界区域，更容易发生气体化学反应。

作为一种优选方案，工作电极列围绕对电极列布置，对电极列与工作电极列发生相对转动。具体地，如图4A所示，以多个丝状电极11组成的工作电极列和多个柱状电极组成的对电极列为例，工作电极列围绕对电极列相互垂直布置，二者以相对转动方式发生相对运动，运动方向可以根据实际需要而定，同样要保证，二者的相对运动或使得二者之间的电场发生变化，如图4B图4C所示，可以看出二者相对转动前后的对比，此过程中，丝状电极11周围的强电场的区域发生相对移动，强电场区域总是出现在丝状电极11与对电极2的柱状子电极正对的部分，转动时，空间电场强弱也在原来的基础上发生强弱变化，空间电荷受到的电场力的大小发生变化，迁移速度也会实时发生变化，从而可以提高荷电效率。等离子体区域发生变化，在移动变化的边界区域，更容易发生气体化学反应。

作为一种优选方案，对电极2为圆筒状电极，圆筒状电极上设置有多个通孔，工作电极列围绕圆筒状电极布置。具体地，如图5所示，对电极2为圆筒状，在圆筒状电极22上设置多个通孔，工作电极列围绕该圆筒状电极22设置，工作电极列仍然可以由丝状电极11组成，在二者发生相对转动时，圆筒状电极22的开孔处和未开孔处交替与丝状电极11正对，强电场区域总是出现在丝状电极11与圆筒状电极22的未开孔处正对的部分，随着转动，空间电场强弱也在原来的基础上发生强弱变化，空间电荷受到的电场力的大小发生变化，迁移速度也会实时发生变化，从而可以提高荷电效率。等离子体区域发生变化，在移动变化的边界区域，更容易发生气体化学反应。

作为一种优选方案，对电极2和/或工作电极1上设置有催化剂层。催化剂层上可以设置相关的催化剂，以促进污染物分解过程中的化学反应。

作为一种优选方案，催化剂为光催化剂。具体地，比如可以在所有对电极2上通过涂覆、化学处理等多种方式，设置如二氧化钛、二氧化铈等光催化剂，进一步促进等离子体化学反应，从而提升除污效果。

本实施例提供的等离子体发生器，在稳压电源4向等离子体发生器提供电压的情况下，通过控制工作电极1和对电极2产生相对运动，以使分布在工作电极1和对电极2之间的电场实时发生变化，如此，实现了在输出高压不变的条件下空间电场实时变化，进而使得空间电荷不停变化排布，有效提高了荷电效率，使得工作电极1周围更容易产生等离子体，而在变化电场的作用下，等离子体中的分子/原子、电子具有更高能量，更容易发生反应；由电荷迁移产生的空间电荷在变化的电场中，时刻跟随变化的电场而改变迁移路线，从而使得电荷更容易与随气流运动的颗粒发生碰撞，从而提高了分子反应速率，促进了气态污染物的分解，同时可以保证电压稳定输出，保证了放电的稳定性，减少产生波纹，从而减少产生臭氧。

实施例2

本实施例提供一种净化器60，如图6所示，包括：实施例1中的等离子体发生器，因此具有实施例1中的等离子体发生器的所有有益效果。

本实施例提供的净化器60，在稳压电源向等离子体发生器提供电压的情况下，通过控制工作电极和对电极产生相对运动，以使分布在工作电极和对电极之间的电场实时发生变化，如此，实现了在输出高压不变的条件下空间电场实时变化，进而使得空间电荷不停变化排布，有效提高了荷电效率，使得工作电极周围更容易产生等离子体，而在变化电场的作用下，等离子体中的分子/原子、电子具有更高能量，更容易发生反应；由电荷迁移产生的空间电荷在变化的电场中，时刻跟随变化的电场而改变迁移路线，从而使得电荷更容易与随气流运动的颗粒发生碰撞，从而提高了分子反应速率，促进了气态污染物的分解，提升了净化效果，同时可以保证电压稳定输出，保证了放电的稳定性，减少产生波纹，从而减少产生臭氧。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (14)

1.一种等离子体发生器，其特征在于，包括：

工作电极，连接稳压电源，用于在所述稳压电源的输出电压达到预设值时进行放电；

对电极，用于与所述工作电极之间形成不均匀的电场；

控制器，用于使所述对电极与所述工作电极产生相对运动，以使所述工作电极与所述对电极之间的电场发生变化。

2.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其特征在于，所述工作电极包括多个长条状电极，所述多个长条状电极成列排布形成工作电极列。

3.根据权利要求2所述的等离子体发生器，其特征在于，所述长条状电极为锯齿状电极、丝状电极和设置有针状阵列的条状电极中的一个或多个，其中所述锯齿和/或所述针状阵列朝向所述对电极。

4.根据权利要求2所述的等离子体发生器，其特征在于，所述对电极包括与所述多个长条状电极相对布置的多个子电极，所述多个子电极成列排布形成对电极列。

5.根据权利要求4所述的等离子体发生器，其特征在于，所述子电极为板状电极、柱状电极、格栅电极以及面向所述工作电极的一面为曲面的条状电极中的一个或多个。

6.根据权利要求4所述的等离子体发生器，其特征在于，所述工作电极列与所述对电极列相互平行布置。

7.根据权利要求6所述的等离子体发生器，其特征在于，所述对电极列沿垂直于所述工作电极列的方向运动。

8.根据权利要求4所述的等离子体发生器，其特征在于，所述工作电极列与所述对电极列相互垂直布置。

9.根据权利要求8所述的等离子体发生器，其特征在于，所述对电极列沿平行于所述工作电极列的方向运动。

10.根据权利要求4所述的等离子体发生器，其特征在于，所述工作电极列围绕所述对电极列布置，所述对电极列与所述工作电极列发生相对转动。

11.根据权利要求2所述的等离子体发生器，其特征在于，所述对电极为圆筒状电极，所述圆筒状电极上设置有多个通孔，所述工作电极列围绕所述圆筒状电极布置。

12.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其特征在于，所述对电极和/或所述工作电极上设置有催化剂层。

13.根据权利要求12所述的等离子体发生器，其特征在于，所述催化剂为光催化剂。

14.一种净化器，其特征在于，包括：如权利要求1-13中任一项所述的等离子体发生器。