CN110337171A - 等离子负压放电装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于空气净化技术领域，具体涉及一种等离子负压放电装置，包括放电仓，放电仓上设有气体入口和气体出口，气体出口连接真空泵，放电仓内设有两个无介质电极，电极上投加中高频交流电。本发明放电发生在负压条件下，电极没有介质阻挡，耗能低，温度低；气体中水分减少，消耗在水气上的电子能量减少，使得能量利用率提高，相对的耗能降低，极与极之间的电子或离子运动时受到的影响减弱，运动距离延长，使得放电距离增大，即极与极之间的距离增大，使极与极之间的通风量增大，提高了处理效率。没有介质阻隔，两极之间不再形成电容结构，所以可以施加中高频交流电，放电频率提高，产生的电子能量提高，对空气的净化处理效果更为理想。

Description

等离子负压放电装置

技术领域

本发明涉及一种等离子负压放电装置，属于空气净化技术领域。

背景技术

等离子体的用途非常广泛，从我们的日常生活到工业、农业、环保、军事、医学、宇航、能源方面，涉及环保领域中的工业废气VOC的高浓度处理、工业和民用材料的改性、医院手术室及医疗器械及药厂的药用器材的消毒杀菌、室内的空气净化、农副产品的消毒和保鲜……，它都有非常重要的应用价值。

等离子放电类型很多，目前市场通常用的有电晕针尖放电、双介质阻档放电、单介质放电技术，这些都是在常压下放电，而且只局限在两极间距离在0.3～20mm的范围内放电。电晕针尖放电一般为直流脉冲阳极和阴极之间产生电场，然后在针尖上产生一个点或无数个点的辉光放电，其电子能量极其有限，电晕针尖放电技术通常用在除尘除油烟处理等领域。双介质阻挡放电和单介质放电技术应用于工业废气处理是我们早在1997年开始研究的一项新技术，单介质技术由于放电子密度不够大而不被应用。双介质阻挡放电有两种方式，套管式介质阻挡放电放和排极式介质阻挡放电，目前我们国内在环保领域中广泛应用于工业废气处理的是排极式双介质阻挡放电，它的结构原理为两极用绝缘介质覆盖，两极之间并保持着一定的距离，然后在两极上供给足够的交流电压，最后发生绝缘介质击穿放电，然后废气流经放电区域，电子把废气的分子链打开形成另外一种物质，以达到高毒变成低毒，低毒变成无毒为目的。以上的技术的缺点在于能耗高、热量高、风阻大、频率低，原因主要体现在四个方面：1、两电极上覆盖的介质一般采用无机材料，有石英玻璃和陶瓷之类的，在实际应用中为考虑机械强度和使用寿命，一般设计介质厚度为1～2mm之间，介质越厚介电常数也越大，同时供给在两极之间的电压也越高，耗能也越大，发温也越高。2、双介质阻挡放电或是单介质放电一般都是在常压下放电，尤其是应用在工业废气治理中，废气成分复杂、水气大，所以大部分电子能量消耗在水气上，能量得不到有效利用，也会造成耗能增大。3、介质阻挡放电都应用于常压放电，由于受空气中的氧气和水的影响造成极与极之间的电子或离子运动间距得不到延长，所以放电距离做不大，一般只能控制在0.3～20mm之间，放电距离越小风阻越大，通风量越小，因而应用受到限制。4、介质阻挡放电属容性放电，即双介质电极等同于一个电容器，放电面积(电极面积)越大电容量也越大，电容量越大充放电时间越长，且它与电源升压变压器线圈形成一个LC电路，所以放电频率做不高，一般频率设定在3.5～6KHz范围内，放电频率越低，空气流经放电区域时受到的电子能量越有限，净化处理效果越不理想。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种等离子负压放电装置，在微负压或负压下通过无介质电极，大间距中频或高频放电。

本发明所述的等离子负压放电装置，包括放电仓，放电仓上设有气体入口和气体出口，气体出口连接真空泵，放电仓内设有两个无介质电极，电极上投加中高频交流电。

在放电仓中设置两个无介质电极，电极上投加中频或高频交流电，在一定的频率和电压下两极间形成电场，用真空泵实现放电仓内一定的真空度，随着气体愈来愈稀薄，水分也越来越少，分子间距及分子或离子的自由运动距离也愈来愈长，受电场作用，它们发生碰撞而形成等离子体，这时会发出高密度均匀的辉光，放电距离可达到20mm到600mm之间。

所述的两个无介质电极为环形的外电极、球形或圆柱形的内电极，内电极位于外电极中心位置。

所述的外电极为环形盘管，内电极为空心球体或空心圆柱体，环形盘管、空心球体或空心圆柱体内通循环冷却水。环形盘管的直径和盘绕圈数可以根据需要来决定，空心球体或空心圆柱体的直径、高度与环形盘管的盘绕圈数相匹配，即空心球体或空心圆柱体的直径或高度与环形盘管盘绕起来的高度相一致。

所述的环形盘管一端为冷却水入口，另一端为冷却水出口，通入冷却循环水实现对外电极的冷却，冷却水入口、冷却水出口通过外电极固定法兰固定于放电仓外，冷却水入口、冷却水出口与外电极固定法兰之间设有外电极绝缘体，将环形盘管(外电极)与放电仓的仓体绝缘阻隔开来。

所述的空心球体或空心圆柱体的内腔连通回水管和进水管，进水管套设在回水管内，通过内电极固定法兰固定在仓体上，内电极固定法兰连接有三通接头，进水管从三通接头的主管中穿过，回水管与三通接头的支管相连通，回水管外包覆有内电极绝缘体。冷却循环水进水通过进水管(类似换热器管程)，到达内电极后，经回水管与进水管之间的间隙部分(类似换热器壳程)排出，实现对内电极的冷却。

所述的外电极通过绝缘固定柱、固定柱支架固定在放电仓内，外电极连接绝缘固定柱，绝缘固定柱连接固定柱支架，固定柱支架设置在放电仓内壁上；外电极与放电仓的内壁之间填充有绝缘材料，迫使气体从外电极与内电极之间的放电区域经过，保证气体处理效果。

所述的放电仓内，外电极上方设有微孔均流板，回水管和进水管贯穿所述的微孔均流板。微孔均流板一是对进入放电仓的气体均流，二是对进水管、回水管和内电极进行固定。

所述的气体入口连接进气管道，进气管道上设有流量计和进气阀，控制监测进入气体的流量。

所述的气体出口设置升高管，升高管置入放电仓内，升高管置入部分的上半段设有若干通孔，升高管另一端连接排气管道，排气管道上设有排气阀和真空泵。处理后的气体从通孔穿过，经排气管道排出。升高管置入部分的上半段开有若干通孔为均匀吸气，还能防止沉入仓底的颗粒杂质进入排气管道内。

所述的放电仓上设有压力表和视口，监测压力和用来观察仓内等离子放电状态。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：

本发明所述的等离子负压放电装置，放电发生在负压条件下，电极没有介质阻挡，耗能低，温度低；气体中水分减少，消耗在水气上的电子能量减少，使得能量利用率提高，相对的耗能降低。放电发生在负压条件下，空气中的氧气和水气减少，极与极之间的电子或离子运动时受到的影响减弱，运动距离延长，使得放电距离增大，放电距离可在20mm到600mm之间，即极与极之间的距离增大，使极与极之间的通风量增大，提高了处理效率。没有介质阻隔，两极之间不再形成电容结构，所以可以施加中高频交流电，放电频率提高，产生的电子能量提高，气体流经放电区域时的净化处理效果更为理想。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是内电极和外电极的俯视结构示意图；

图3是内电极和外电极的侧视结构示意图。

图中：1、进气管道；2、流量计；3、进气阀；4、压力表；5、微孔均流板；6、外电极；7、内电极绝缘体；8、回水管；9、进水管；10、内电极；11、升高管；12、视口；13、绝缘材料；14、绝缘固定柱；15、固定柱支架；16、放电仓；17、排气阀；18、排气管道；19、仓体支架；20、外电极固定法兰；21、外电极绝缘体；22、冷却水出口；23、冷却水入口；24、三通接头；25、内电极固定法兰；26、真空泵；27、交流电源；28、放电区域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述：

如图1～3所示，本发明所述的等离子负压放电装置，包括放电仓16，放电仓16上设有气体入口和气体出口，气体出口连接真空泵26，放电仓16内设有两个无介质电极，电极上投加中高频交流电。

放电仓16是一个能承受一定压力的圆柱金属压力罐体，罐体的上下方是一个椭圆堵头，上椭圆堵头与罐体设有法兰连接，可拆卸组装维修，下椭圆堵头与罐体焊接，上椭圆堵头顶部中间是气体入口，下椭圆堵头底部中间是气体出口。

优选的，两个无介质电极为环形的外电极6、球形的内电极10，内电极10位于外电极6中心位置。

所述的外电极6为环形盘管，内电极10为空心球体，环形盘管、空心球体内通循环冷却水。环形盘管的直径和盘绕圈数可以根据需要来决定，空心球体的直径与环形盘管的盘绕圈数相匹配，即空心球体的直径与环形盘管盘绕起来的高度相一致。本实施例环形盘管的盘绕圈数设置为十圈。

所述的环形盘管一端为冷却水入口23，另一端为冷却水出口22，通入冷却循环水实现对外电极6的冷却，冷却水入口23、冷却水出口22通过外电极固定法兰20固定于放电仓16外，冷却水入口23、冷却水出口22与外电极固定法兰20之间设有外电极绝缘体21，将环形盘管(外电极6)与放电仓16的仓体绝缘阻隔开来。盘管两个管头通过外电极固定法兰20引出罐体仓外，引出的两管头用卡套快接头连接冷供给水源。

所述的空心球体的内腔连通回水管8和进水管9，进水管9套设在回水管8内，通过内电极固定法兰25固定在仓体上，内电极固定法兰25连接有三通接头24，进水管9从三通接头24的主管中穿过，回水管8与三通接头24的支管相连通，回水管8外包覆有内电极绝缘体7。冷却循环水进水通过进水管9(类似换热器管程)，到达内电极10后，经回水管8与进水管9之间的间隙部分(类似换热器壳程)排出，实现对内电极10的冷却。

实施时，内电极10空心球体中间焊接有空心垂直吊杆(即回水管8)，空心垂直吊杆内并行插入一根空心金属细管(即进水管9)，两管通过内电极固定法兰25引出仓外，法兰与引出管绝缘，引出两管头用卡套快接头连接冷供给水源。金属细管接入水源注入到空心球体又通过空心垂直吊杆与金属细管的间隙中流出循环。内电极10和外电极6的接电是交流电源27分别连接在冷却水管上的，仓外的外接冷却水管采用绝缘管道并延长水路加大水电阻以防止两极之间形成回路，造成短路。

所述的外电极6通过四个耐高电压的绝缘固定柱14、固定柱支架15固定在放电仓16内，保证与放电仓16的罐体绝缘隔离，外电极6连接绝缘固定柱14，绝缘固定柱14连接固定柱支架15，固定柱支架15设置在放电仓16内壁上；外电极6与放电仓16的内壁之间填充有绝缘材料13，迫使气体从外电极6与内电极10之间的放电区域28经过，保证气体处理效果。

所述的放电仓16内，外电极6上方设有微孔均流板5，回水管8和进水管9贯穿所述的微孔均流板5。微孔均流板5一是对进入放电仓16的气体均流，二是对进水管9、回水管8和内电极10进行固定。

所述的气体入口连接进气管道1，进气管道1上设有流量计2和进气阀3，控制监测进入气体的流量。

所述的气体出口设置升高管11，升高管11置入放电仓16内，升高管11置入部分的上半段设有若干通孔，升高管11另一端连接排气管道18，排气管道18上设有排气阀17和真空泵26。处理后的气体从通孔穿过，经排气管道18排出。升高管11置入部分的上半段开有若干通孔为均匀吸气，还能防止沉入仓底的颗粒杂质进入排气管道18内。

所述的放电仓16上设有压力表4和视口12，监测压力和用来观察仓内等离子放电状态。压力表4设置在上椭圆堵头一侧，视口12设置在罐体一侧。放电仓16底部设有仓体支架19。

待处理气体从进气管道1进入，经过两极之间的放电区域28，处理后从排气管道18排出。

Claims (10)

1.一种等离子负压放电装置，其特征在于：包括放电仓(16)，放电仓(16)上设有气体入口和气体出口，气体出口连接真空泵(26)，放电仓(16)内设有两个无介质电极，电极上投加中高频交流电。

2.根据权利要求1所述的等离子负压放电装置，其特征在于：所述的两个无介质电极为环形的外电极(6)、球形或圆柱形的内电极(10)，内电极(10)位于外电极(6)中心位置。

3.根据权利要求2所述的等离子负压放电装置，其特征在于：所述的外电极(6)为环形盘管，内电极(10)为空心球体或空心圆柱体，环形盘管、空心球体或空心圆柱体内通循环冷却水。

4.根据权利要求3所述的等离子负压放电装置，其特征在于：所述的环形盘管一端为冷却水入口(23)，另一端为冷却水出口(22)，冷却水入口(23)、冷却水出口(22)通过外电极固定法兰(20)固定于放电仓(16)外，冷却水入口(23)、冷却水出口(22)与外电极固定法兰(20)之间设有外电极绝缘体(21)。

5.根据权利要求3所述的等离子负压放电装置，其特征在于：所述的空心球体或空心圆柱体的内腔连通回水管(8)和进水管(9)，进水管(9)套设在回水管(8)内，通过内电极固定法兰(25)固定在仓体上，内电极固定法兰(25)连接有三通接头(24)，进水管(9)从三通接头(24)的主管中穿过，回水管(8)与三通接头(24)的支管相连通，回水管(8)外包覆有内电极绝缘体(7)。

6.根据权利要求3所述的等离子负压放电装置，其特征在于：所述的外电极(6)通过绝缘固定柱(14)、固定柱支架(15)固定在放电仓(16)内，外电极(6)连接绝缘固定柱(14)，绝缘固定柱(14)连接固定柱支架(15)，固定柱支架(15)设置在放电仓(16)内壁上；外电极(6)与放电仓(16)的内壁之间填充有绝缘材料(13)。

7.根据权利要求5所述的等离子负压放电装置，其特征在于：所述的放电仓(16)内，外电极(6)上方设有微孔均流板(5)，回水管(8)和进水管(9)贯穿所述的微孔均流板(5)。

8.根据权利要求1所述的等离子负压放电装置，其特征在于：所述的气体入口连接进气管道(1)，进气管道(1)上设有流量计(2)和进气阀(3)。

9.根据权利要求1所述的等离子负压放电装置，其特征在于：所述的气体出口设置升高管(11)，升高管(11)置入放电仓(16)内，升高管(11)置入部分的上半段设有若干通孔，升高管(11)另一端连接排气管道(18)，排气管道(18)上设有排气阀(17)和真空泵(26)。

10.根据权利要求1所述的等离子负压放电装置，其特征在于：所述的放电仓(16)上设有压力表(4)和视口(12)。