CN109692637B - 一种一体式放电装置及液体放电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种一体式放电装置，包括：超声波发生器，绝缘设置在超声波发生器的探头上的等离子体电极，以及与等离子体电极电连接的高压电源，等离子体电极与大地构成一组放电电极。本发明的一体式放电装置，由于等离子体电极设置在超声波产生的位置，即超声波在等离子体电极上产生，这极大降低了在介质中放电的难度，提高了在特定介质中的放电效率，且该一体式放电装置结构简单，电源利用率高，可以降低电源功耗。

Description

一种一体式放电装置及液体放电系统
技术领域
本发明涉及高压放电技术领域，特别是涉及一种一体式放电装置及液体放电系统。
背景技术
对于单纯的液体放电而言，目前存在很多应用问题，例如放电电压等级高、反应产生物活性不强等。而等离子体由于具有活性成分丰富，反应多样等优点，目前被广泛的应用到物理、化学、生物等领域中。同时，超声波技术能够加快反应速度，增加反应的产出率，从而也被结合到等离子体应用中。目前，虽然采用传统的等离子体与超声波技术能够在一定程度上优化放电过程，但装置的电能利用率较低、装置设计难度较大，进而应用成本和安全风险也较高，并且还可能会使得液体反应的复杂度增加，导致部分应用场景下的反应难以发生。
发明内容
本发明提供一种一体式放电装置及液体放电系统，用以解决现有放电装置存在的放电难度大的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种一体式放电装置，包括：超声波发生器，绝缘设置在所述超声波发生器的探头上的等离子体电极，以及与所述等离子体电极电连接的高压电源；
所述等离子体电极与大地构成一组放电电极。
本发明的有益效果是：本发明的一种一体式放电装置，用于直接在特定介质中放电，从而可对介质进行特殊处理，其中，超声波发生器产生超声波，具体的，超声波发生器探头对位于其附近的介质产生超声波作用，当高压电源对等离子体电极施加高压时，等离子体电极在超声波的作用下放电。由于等离子体电极设置在超声波产生的位置，即超声波在等离子体电极上产生，这极大降低了在介质中放电的难度，提高了在特定介质中的放电效率，且该一体式放电装置结构简单，电源利用率高，可以降低电源功耗。
进一步，所述超声波发生器包括：依次连接的超声波工具杆、超声波变幅杆、超声波换能器和超声波控制装置；
所述超声波工具杆的与所述超声波变幅杆相对的一端为所述探头。
本发明的进一步有益效果是：超声波控制装置将一般工频交流电转换为超声频的电信号，并进行阻抗匹配和频率自动跟踪；超声波换能器用于将超声频的电信号转变为超声频机械振动；超声波变幅杆和超声波工具杆用于将超声波换能器的微小的振动进行放大、阻抗匹配后传递给要处理的介质，其中，超声波控制装置可以使得超声波发生器的输出功率稳定。例如超声波工具杆传递到液体中，持续稳定产生空泡，在等离子体电极接收电压的同时在空泡的作用下，实现高效放电。
进一步，所述装置还包括绝缘套，所述绝缘套套置在所述超声波工具杆的与所述超声波变幅杆相对的一端，所述等离子体电极设置在所述绝缘套的外侧。
本发明的进一步有益效果是：等离子体电极与超声波工具杆绝缘设置，在保证超声波产生并同步与电压发生作用的同时，保证了等离子体电极和超声波发生器独立工作，互不影响，提高了放电效率，降低了功耗。
进一步，所述高压电源为交流电源、脉冲电源、射频电源、微波电源中的任一种。
本发明的进一步有益效果是：由于超声波和等离子体的一体结合设置，降低了等离子体电极的放电功耗，因而，可适用于较多种类的高压电源，可根据不同的待处理液体、不同的反应过程选择合适的高压电源，促使反应达到较好的效果，应用范围广。
进一步，所述超声波发生器的输出功率为零至预设功率阈值区间内的任一功率值。
本发明的进一步有益效果是：超声波发生器的输出功率可任意连续调节，应用范围广，且可提高用户的体验感。
进一步，所述等离子体电极为预设面积的铁丝网或预设数量的相互连接的钢针。
所述预设面积的铁丝网套设在所述绝缘套的外侧，且与所述高压电源电连接，或者，所述预设数量的相互连接的钢针排布设置在所述绝缘套的外侧，且与所述高压电源电连接。
本发明的进一步有益效果是：等离子体电极成本低、结构简单，通过高压电源向等离子体电极通电，并在超声波的及时作用下，实现高效放电。
本发明还提供的一种液体放电系统，包括：放电腔体，设置于所述放电腔体内的待处理液体，以及如上所述的任一种一体式放电装置。
所述一体式放电装置中所述超声波发生器的探头设置在所述待处理液体中，且所述等离子体电极与所述待处理液体接触。
本发明的有益效果是：该液体放电系统，用于直接在液体中放电，超声波与等离子体共同作用于待处理液体，可对待测液体进行特殊处理。在放电过程中，具体的，可以直接在由超声波在液体中产生的空泡的作用下，等离子体电极进行高效放电。由于空泡在高压电极上直接产生，相较于传统的超声和等离子体分离装置来说，此等离子体超声一体设计大大降低了液体放电的难度；同时，此系统结构简单，电源利用率较高。
进一步，所述系统还包括设置于所述待测液体内的测温器以及设置于所述放电腔体上的冷却循环装置。
进一步，所述测温器为热电偶或IC温度传感器。
本发明的进一步有益效果是：该系统还带有测温单元、循环冷却单元，其中，通过测温单元实时监测待处理液体的温度，避免因温度过高或多低而影响处理过程，并可通过冷却循环装置维持腔体内液体的温度始终处于最佳反应温度，进一步提高了放电系统的安全性和耐用性，减少因系统损坏而造成的维修成本。
进一步，当所述超声波发生器包括依次连接的超声波工具杆、超声波变幅杆、超声波换能器和超声波控制装置，且所述等离子体电极绝缘设置在所述超声波工具杆的与所述超声波变幅杆相对的一端时，所述超声波工具杆的与所述超声波变幅杆相对的一端穿过所述放电腔体的侧壁，并通过防水塞与所述放电腔体固定连接以设置在所述待处理液体中。
本发明的进一步有益效果是：放电腔体设计合理，采用防水塞，具有防泄露等功能。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的一种一体式放电装置的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例提供的一种一体式放电装置的结构示意图；
图3为本发明另一个实施例提供的一种一体式放电装置的结构示意图；
图4为本发明一个实施例提供的一种液体放电系统的结构示意图。
附图中，各标号所代表的元件列表如下：
1、超声波发生器，11、超声波工具杆，12、超声波变幅杆，13、超声波换能器，14、超声波控制装置，2、等离子体电极，21、铁丝网，22、钢针，3、高压电源，4、绝缘套，5、放电腔体，51、防水塞，6、待处理液体，7、测温器，8、冷却循环装置，9、空泡，10、等离子体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一
一种一体式放电装置100，如图1所示，包括：超声波发生器1，绝缘设置在超声波发生器1的探头上的等离子体电极2，以及与等离子体电极2电连接的高压电源3。等离子体电极2与大地构成一组放电电极。
其中，等离子体电极位于超声波发生器的探头，稳定可靠。且等离子体电极的数量为一个，绝缘设置在超声波发生器上，当高压电源在该等离子体电极上施加电压时，等离子体电极与大地构成放电电极组，当高压电源在等离子体电极上施加正压时，大地为负极，电流由等离子体电极流向大地，当高压电源在等离子体电极上施加负压时，大地为正极，电流由大地流向等离子体电极，该装置将电极放置在超声波发生器上，结构简单，设置方便。
另外，一体式放电装置，用于直接在特定介质中放电，从而可对介质进行特殊处理，其中，超声波发生器产生超声波，通过其探头对位于其附近的介质产生超声波作用，当高压电源对等离子体电极施加高压时，等离子体电极在超声波的作用下放电。由于等离子体电极设置在超声波产生的位置，即超声波在等离子体电极上产生，这极大降低了在介质中放电的难度，提高了在特定介质中放电效率，电源利用率高，可以降低电源功耗，可适用于多种介质中。
实施例二
在实施例一的基础上，如图1所示，超声波发生器包括：依次连接的超声波工具杆11、超声波变幅杆12、超声波换能器13和超声波控制装置14；超声波工具杆11的与超声波变幅杆12相对的一端为实施例一中所述的探头。
超声波控制装置用于将一般工频交流电转换为超声频的电信号，并进行阻抗匹配和频率自动跟踪；超声波换能器用于将超声频的电信号转变为超声频机械振动；超声波变幅杆和超声波工具杆用于将超声波换能器的微小的振动(几微米左右)进行放大、阻抗匹配(根据需要几十到几百微米)后传递给要处理的介质(待处理液体)，以满足超声振动处理的需要。比如工具杆产生振动发出超声波传递到液体中，液体产生空泡，由于空泡产生时附着在等离子体电极上，在等离子体电极接收电压的同时在空泡的作用下，实现高效放电。
需要说明的是，超声波变幅杆和超声波工具杆可分别由钛合金、铜制和/或铁制等导电金属材料制成。另外，超声波控制装置可以使得超声波发生器的输出功率稳定，保证与设定功率完全一致，提高放电效果。
实施例三
在实施例一或实施例二的基础上，如图1所示，装置还包括绝缘套4，绝缘套4套置在超声波工具杆的与超声波变幅杆相对的一端，等离子体电极2设置在绝缘套4的外侧。
等离子体电极与超声波工具杆绝缘设置，在保证超声波产生并同步与电压发生作用的同时，保证了等离子体电极和超声波发生器独立工作，互不影响，提高了放电效率，降低了功耗。
实施例四
在实施例一至实施例三中任一实施例的基础上，高压电源为交流电源、脉冲电源、射频电源、微波电源中的任一种。
由于超声波和等离子体的结合设置，降低了等离子体电极的放电功耗，因而，可选择的高压电源种类较多，从而根据不同的待处理液体、不同的反应过程选择合适的高压电源，促使反应达到较好的效果，应用范围广。
实施例五
在实施例一至实施例四中任一实施例的基础上，超声波发生器的输出功率为零至预设功率阈值区间内的任一功率值。
需要说明的是，预设功率阈值为本领域技术人员根据实际情况需要而预先对超声波发生器设计的一个最大可用功率值，少则几十瓦，多则几千瓦。
超声波发生器的输出功率可任意连续调节，应用范围广，且可提高用户的体验感。
实施例六
在实施例一至实施例五中任一实施例的基础上，等离子体电极为预设面积的铁丝网21(如图2所示)或预设数量的相互连接的钢针22(如图3所示)；预设面积的铁丝网套设在绝缘套的外侧，且与高压电源电连接，或者，预设数量的相互连接的钢针排布设置在绝缘套的外侧，且与高压电源电连接。
其中，当等离子体电极为预设面积的铁丝网时，超声波在待处理液体中产生空泡的同时，通过高压电源在铁丝网上施加电压，从而直接在空泡中进行放电，进而在空泡内部产生等离子体，达到超声波与等离子体共同作用于待处理液体的目的；当等离子体电极为预设数量的相互连接的钢针时，当超声波在待处理液体中产生空泡的同时，通过高压电源在钢针上施加电压，从而直接在空泡中进行放电，进而在空泡内部产生等离子体，达到超声波与等离子体共同作用于待处理液体的目的。
需要说明的是，铁丝网21的尺寸为根据超声波工具杆的相对超声波变幅杆一端的尺寸以及实际放电需要而预先设计的，即为预设面积的铁丝网。同样的，相互连接的钢针22的数量也为根据超声波工具杆的相对超声波变幅杆一端的尺寸以及实际放电需要而预先设计的，即为预设数量的相互连接的钢针。
等离子体电极成本低、结构简单，通过高压电源向等离子体电极通电，并在超声波的及时作用下，实现高效放电。
实施例七
一种液体放电系统200，如图4所示，包括：放电腔体5，设置于放电腔体5内的待处理液体6，以及如上实施例所述的任一种一体式放电装置100。其中，一体式放电装置中超声波发生器1的探头设置在待处理液体6中，且等离子体电极2与待处理液体6接触。
其中，等离子体电极位于超声波发生器的探头，可以安全可靠的放置于放电腔体中，实现稳定放电的功能。放电腔体的材料可以根据所处理的液体性质不同而选择不同的材料，以便有效放置如水、乙醇、生活污水、医疗废液等液体且不会造成液体泄露或腔体腐蚀等现象。
通过将超声波发生器与等离子体电极进行一体集成化设计，使得当超声波在待处理液体中产生空泡9的同时，通过高压电极直接在空泡中进行放电，进而在空泡内部产生等离子体10(如图4所示，位于空泡9中的黑点)，以此大大降低液体放电难度，增强对液体的处理效果。
该液体放电系统，用于直接在液体中放电，超声波与等离子体共同作用于待处理液体，可对待测液体进行特殊处理。在放电过程中，具体的，可以直接在由超声波在液体中产生的空泡的作用下，等离子体电极进行高效放电。由于空泡在高压电极上直接产生，相较于传统的超声和等离子体分离装置来说，此等离子体超声一体设计大大降低了液体放电的难度，加快反应速度，增加反应的产出率；同时，此系统结构简单，电源利用率较高。
实施例八
在实施例七的基础上，系统还包括设置于待测液体内的测温器7以及设置于放电腔体上的冷却循环装置8。
优选地，测温器为热电偶或IC温度传感器。
该系统还带有测温单元、循环冷却单元，其中，通过测温单元实时监测待处理液体的温度，避免因温度过高或过低而影响处理过程，并可通过循环冷却水维持腔体内液体的温度始终处于最佳反应温度，进一步提高了放电系统的安全性和耐用性，减少因系统损坏而造成的维修成本。
实施例九
在实施例七或实施例八的基础上，当超声波发生器包括依次连接的超声波工具杆、超声波变幅杆、超声波换能器和超声波控制装置，且超声波工具杆的与超声波变幅杆相对的一端为探头时，超声波工具杆的与超声波变幅杆相对的一端穿过放电腔体的侧壁，并通过防水塞51与放电腔体固定连接以设置在待处理液体中。
放电腔体设计合理，采用防水塞，具有防泄露等功能。
因此，该系统利用等离子体超声一体设计，超声波与等离子体共同作用于待处理液体，大大降低液体放电的难度，同时，此系统功能丰富、结构简单、利用率较高。另外，放电腔体设计合理，可具有防腐蚀、防泄露等功能，并带有测温系统、循环冷却系统等，进一步提高装置的安全性和耐用性，减少因装置损坏而造成的维修成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一体式放电装置，其特征在于，包括：超声波发生器，绝缘设置在所述超声波发生器的探头上的等离子体电极，以及与所述等离子体电极电连接的高压电源；
所述等离子体电极与大地构成一组放电电极，该组放电电极之间的放电介质为液体。
2.根据权利要求1所述的一种一体式放电装置，其特征在于，所述超声波发生器包括：依次连接的超声波工具杆、超声波变幅杆、超声波换能器和超声波控制装置；
所述超声波工具杆的与所述超声波变幅杆相对的一端为所述探头。
3.根据权利要求2所述的一种一体式放电装置，其特征在于，所述装置还包括绝缘套，所述绝缘套套置在所述超声波工具杆的与所述超声波变幅杆相对的一端，所述等离子体电极设置在所述绝缘套的外侧。
4.根据权利要求1所述的一种一体式放电装置，其特征在于，所述高压电源为交流电源、脉冲电源、射频电源、微波电源中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种一体式放电装置，其特征在于，所述超声波发生器的输出功率为零至预设功率阈值区间内的任一功率值。
6.根据权利要求3所述的一种一体式放电装置，其特征在于，所述等离子体电极为预设面积的铁丝网或预设数量的相互连接的钢针；
所述预设面积的铁丝网套设在所述绝缘套的外侧，且与所述高压电源电连接，或者，所述预设数量的相互连接的钢针排布设置在所述绝缘套的外侧，且与所述高压电源电连接。
7.一种液体放电系统，其特征在于，包括：放电腔体，设置于所述放电腔体内的待处理液体，以及如权利要求1至6任一项所述的一种一体式放电装置；
所述一体式放电装置中所述超声波发生器的探头设置在所述待处理液体中，且所述等离子体电极与所述待处理液体接触。
8.根据权利要求7所述的一种液体放电系统，其特征在于，所述系统还包括设置于所述待处理液体内的测温器以及设置于所述放电腔体上的冷却循环装置。
9.根据权利要求8所述的一种液体放电系统，其特征在于，所述测温器为热电偶或IC温度传感器。
10.一种液体放电系统，其特征在于，包括：放电腔体，设置于所述放电腔体内的待处理液体，以及如权利要求2所述的一种一体式放电装置；
所述一体式放电装置中所述超声波发生器的探头设置在所述待处理液体中，且所述等离子体电极与所述待处理液体接触；
所述一体式放电装置中超声波工具杆与超声波变幅杆相对的一端穿过所述放电腔体的侧壁，并通过防水塞与所述放电腔体固定连接以设置在所述待处理液体中。
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