CN110627171A - 一种低温等离子体活性水发生装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温等离子体活性水发生装置与方法，包括高压陶瓷电极、低压多孔电极筒和针孔硅胶套，外部为不锈钢水槽；所述低压多孔电极筒下端与不锈钢水槽底面接触导通，所述低压多孔电极筒上部一侧焊接进气管；在低压多孔电极筒外表面套有针孔硅胶套，所述针孔硅胶套通过不锈钢卡箍包裹在低压多孔电极筒表面；所述高压陶瓷电极位于低压多孔电极筒中，高压陶瓷电极与低压多孔电极筒形成同心结构的单介质阻挡放电反应器；所述高压陶瓷电极由高压电极、陶瓷管和绝缘堵头组成。本发明采用介质阻挡的放电方式，提高高能电子密度，在水下形成稳定的等离子体，水活性提升效率高，且该装置方便并联应用。

Description

一种低温等离子体活性水发生装置与方法

技术领域

本发明涉及等离子体活性水技术领域，具体涉及一种低温等离子体活性水发生装置与方法。

背景技术

随着人类日益增长的物质需求，对饮食品质的提高要求与日俱增，从植物灌溉生长到各种食材清洗，各个环节对水的用量越来越大，但是各种水源差别较大，一方面随着环境污染越来越严重，空气污染也会导致清洁的水中慢慢也会吸附有一定的污染物，另一方面，随着现有各种包装技术和养殖技术的发展，对于各种药物的使用越来越多，有一定的药物残留，果蔬肉类等食材使用之前都要经过水的清洗，还有自来水管道中也会长期富集有各种微生物等杂质，长期富集微生物，以及难清洗物品时，清洗难度大，浪费水，同时也会加入一定化学洗涤用品，也会造成水体的二次污染等等。因此如何制备一种高活性水，不仅能够杀灭各种水源中的微生物，对水质能够有一定优化作用，提高清洗效率的同时，能够促进反应，达到节约用水的目标非常重要。

现有的制备活性水技术大多为采用磁力线切割的方式形成的小分子团水，仅仅适当地降低水的表面张力，在高渗透性功能上比较突出，没有灭菌降解农残消毒等功效，处理后的水活性粒子极少，高渗性保持时间短等等。

而现有的采用等离子体射流制备活性水的方法处理效率低，与水的作用体积小，能量利用率低，对气体的要求高，产量低，产生的活性粒子浓度不高。采用其他方式放电容易导致高压电极寿命短，引起电化学腐蚀等等，放电稳定性差，实现难度大等等。还有些放电方式难以并联驱动，不利于规模扩大。

采用等离子体在水体表面进行活化的方式，等离子体与水体接触仅仅停留在表面，作用面积小，而且对水面的平整度要求高，易行成短路，电极寿命低，故障率高；大量活性离粒子与水体没有足够的作用时间，没有得到充分利用，能量利用率低；需要专门的搅拌装置促进混合，结构复杂，成本高；功能过于单一，参数可调节性较差，等等。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温等离子体活性水发生装置与方法，采用介质阻挡的放电方式，提高高能电子密度，在水下形成稳定的等离子体，水活性提升效率高，且该装置方便并联应用。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种低温等离子体活性水发生装置，包括高压陶瓷电极、低压多孔电极筒和针孔硅胶套，外部为不锈钢水槽；所述低压多孔电极筒下端与不锈钢水槽底面接触导通，所述低压多孔电极筒上部一侧焊接进气管；所述低压多孔电极筒中部筒壁上分布有孔洞，在低压多孔电极筒外表面套有针孔硅胶套，所述针孔硅胶套中部插满针孔，所述针孔硅胶套通过不锈钢卡箍包裹在低压多孔电极筒表面；所述高压陶瓷电极位于低压多孔电极筒中，高压陶瓷电极与低压多孔电极筒形成同心结构的单介质阻挡放电反应器；所述高压陶瓷电极由高压电极、陶瓷管和绝缘堵头组成，高压电极从上部插入陶瓷管中，绝缘堵头从下部插入陶瓷管中；在低压多孔电极筒和高压陶瓷电极的顶部安装有绝缘块。

进一步的，所述绝缘块中间具有凹槽，下部具有内螺纹腔；所述高压电极上部穿过绝缘块中间的凹槽使其居中固定，所述低压多孔电极筒上部通过外螺纹与所述绝缘块的内螺纹腔同心连接。

进一步的，所述高压电极顶部留有与高压线快插连接槽；所述述绝缘块中部凹槽上至下分别具有与高压线、高压电极上端、陶瓷管上端相匹配的凹槽尺寸；所述陶瓷管套在高压电极外，陶瓷管上端穿至绝缘块中部凹槽内并与绝缘块紧密连接，使高压电极上端完全位于绝缘块内部。

进一步的，所述低压多孔电极筒的筒体下部连接直径筒体直径的底座。

进一步的，所述针孔硅胶套的上端通过上不锈钢卡箍锁紧，所述针孔硅胶套的下端通过下不锈钢卡箍锁紧。

进一步的，所述绝缘堵头为具有针孔的多孔硅胶堵头。

低温等离子体活性水发生装置的发生方法：将低压多孔电极筒的进气管与压缩气源连接，在高压电极顶部连接高压线，将不锈钢水槽接大地，使低压多孔电极筒通过水槽底部与大地连通，将水引入不锈钢水槽，水位淹没针孔硅胶套的上端的不锈钢卡箍，打开高压电源，反应器内部开始放电形成高浓度低温等离子体，产生大量活性粒子，打开气源，刚产生的活性粒子依次通过低压电极筒上的孔隙和针孔硅胶套上的针孔，以细小气泡的形式进入水中，迅速与水发生反应，形成高活性水。

本发明还保护并联低温等离子体活性水发生装置，将若干组所述的低温等离子体活性水发生装置并联，高压电源通过高压线分别与各低温等离子体活性水发生装置并联连接，压缩气源通过各路气管给各低温等离子体活性水发生装置并联供气，在各支路气管上分别安装有节流阀控制各路气流。

低温等离子体活性水发生装置的发生方法：将各等低温等离子体活性水发生装置并联放置在水槽内部，将水引入水槽淹没孔硅胶套的上端的不锈钢卡箍后，先打开气源，调节各支路气管列节流阀观察各个针孔硅胶套外部气泡均匀稳定后，再打开高压电源进行处理生产活性水。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用介质阻挡的放电方式，大大提高电子能量，高能电子密度高，对水中的污染物有更强的降解效果，对微生物直接灭杀性增强，随之也会产生的高氧化性的活性基团数量增大，杀细菌灭活效果更持久。

本发明实现了在水下形成稳定等离子体，及时源源不断地将高浓度活性粒子打入水中，水活性提升效率高，操作简单，且方便并联提高产量。

附图说明

图1：本发明的低温等离子体活性水发生装置的结构示意图。

图2：并联低温等离子体活性水发生装置的结构示意图。

图中：1-不锈钢水槽，2-水，3-高压线，4绝缘块，5-高压电极，6-陶瓷管，7-绝缘堵头，8-等离子体，9-低压多孔电极筒，10-针孔硅胶套，11-不锈钢卡箍，12-进气管，13-活性粒子气泡，14-压缩气源，15-支路气管，16-节流阀，17-高压电源，18-等离子体发生装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种低温等离子体活性水发生装置，包括高压陶瓷电极、低压多孔电极筒9和针孔硅胶套10，外部为不锈钢水槽1；所述低压多孔电极筒9下端与不锈钢水槽1底面接触导通，所述低压多孔电极筒9上部一侧焊接进气管12；所述低压多孔电极筒9中部筒壁上分布有孔洞，在低压多孔电极筒9外表面套有针孔硅胶套10，所述针孔硅胶套10中部插满针孔，所述针孔硅胶套10通过不锈钢卡箍11包裹在低压多孔电极筒9表面；所述高压陶瓷电极位于低压多孔电极筒9中，高压陶瓷电极与低压多孔电极筒9形成同心结构的单介质阻挡放电反应器；所述高压陶瓷电极由高压电极5、陶瓷管6和绝缘堵头7组成，高压电极5从上部插入陶瓷管6中，绝缘堵头7从下部插入陶瓷管6中；在低压多孔电极筒9和高压陶瓷电极的顶部安装有绝缘块4。

所述绝缘块4中间具有凹槽，下部具有内螺纹腔；所述高压电极5上部穿过绝缘块4中间的凹槽使其居中固定，所述低压多孔电极筒9上部通过外螺纹与所述绝缘块4的内螺纹腔同心连接。

所述高压电极5顶部留有与高压线3快插连接槽；所述述绝缘块4中部凹槽上至下分别具有与高压线3、高压电极5上端、陶瓷管6上端相匹配的凹槽尺寸；所述陶瓷管6套在高压电极5外，陶瓷管6上端穿至绝缘块4中部凹槽内并与绝缘块4紧密连接，使高压电极5上端完全位于绝缘块4内部。

所述高压电极5采用耐腐蚀的不锈钢材质，高压电极5放置在绝缘材料内部，避免了电极材料直接与水体接触，不宜受到腐蚀和短路。

所述绝缘堵头7为具有针孔的多孔硅胶堵头，随着电极工作时间的增长，电极发热引起气体热涨，可通过底部的多孔硅胶堵头泄压，防止了介质管涨裂，绝缘管内部也自然维持正压，也避免了水体的进入。

所述低压多孔电极筒9的筒体下部直径大于筒体上部直径，便于垂直放置，不易倾倒。所述针孔硅胶套10的上端通过上不锈钢卡箍锁紧，所述针孔硅胶套10的下端通过下不锈钢卡箍锁紧。

低压多孔电极筒9也采用不锈钢材质，低压多孔电极筒9中间布满针孔，外部通过多孔硅胶密封，在静止条件下也有效的阻止了水2进入低压多孔电极筒9内部，避免了反应器内部高压绝缘材料与低压的短路。因此低压多孔电极筒9内部可以均匀稳定地产生等离子体8，不受外界各种因素的影响。

低压多孔电极筒9上部焊接有气管，气管与压缩气源连接，打开气源工作后产生的高能粒子便可第一时间单向的从反应器内部进入水体，以细小气泡的形式充分地与水体发生作用，不仅提高了作用体积，而且活性粒子气泡13边界的静电场也有较好的切割水分子团作用，配合化学活性，还同时起到了物化协同作用，活性气泡客观上也起到了搅拌促进粒子交换的效果。

不锈钢水槽1接大地，内部的低压多孔电极筒9与水槽底部接触连接，水也有导电性，相当于接触接地和水联通双重接地，更加安全可靠。如果底部金属接触不理想，水中过电场，客观上也能提高电场与水的切割作用，也能够保证安全使用。

如附图1所示，高压电极5、陶瓷管6和绝缘堵头7组成高压陶瓷电极，所述高压电极5采用304不锈钢材质、T型，上端直径12mm、长10mm，顶部外侧为螺纹，从顶部居中打有直径3mm、深10mm的凹槽作为高压线3的快插孔，所述高压电极5下端直径8mm、长150mm。所述陶瓷管6选用刚玉陶瓷，长200mm、内径8mm、外径13mm，所述绝缘堵头7采用圆柱形硅橡胶，长10mm、直径8.5mm，轴向用0.5mm针刺穿，形成针孔，用于电极过热时可少量透气泄压。所述高压电极5从上部插入所述绝陶瓷管6中，所述绝缘堵头7从下部插入中所述绝陶瓷管6中，所述绝缘堵头7距离高压电极5下端约2mm。

高压陶瓷电极和低压多孔电极筒9顶部的绝缘块4选用聚四氟乙烯材料，如图1所示，外部基本为圆柱形，外径35mm、长30mm，顶部打有直径8mm、深5mm深的孔，用于快插硅胶高压线3，所述绝缘块4从底部向上依次开直径15mm、深5mm的螺纹孔，直径13mm、深10mm的圆孔，以及直径12mm、深10mm的螺纹孔。高压线3采用直径8mm的硅胶线。

如图1所示，所述高压电极5通过上部的螺纹与绝缘块4从下部螺纹旋紧连接，所述陶瓷管6不带堵头的一端从下方套上高压电极5的细杆部分，一直穿到绝缘块4内部，紧密连接不脱落，绝缘块4靠近下部所述高压电极5完全在绝缘材料内部，所述高压硅胶线剥开约5mm，从绝缘块4上部的孔，直接插入到高压电极5顶部槽内，使高压线3与高压电极5导通。

如图1所示，低压多孔电极筒9材质选用304不锈钢，总长度185mm，筒体直径15mm、厚1mm，上端外侧有螺纹、螺纹长度5mm，所述电极筒底部直径400mm，底部螺纹连接大直径底座，底座厚度约3mm，有利于筒体不倒。所述电极筒上端螺纹下部焊接L不锈钢气管，气管直径5mm。所述电极筒上部15mm往下120mm长的区域从筒外向桶内径向打上直径0.5mm孔，孔间隔0.5mm。

如图1所示，所述针孔硅胶套10内径15mm、外径21mm、长130mm，不锈钢卡箍11宽度5mm，首先将硅胶套套在筒体外部到气管高度，然后将所述不锈钢卡箍11卡紧硅胶套上下两端，则两端与低压多孔电极筒9筒体无孔部位密封，然后用0.5mm粗的针瞄准不锈钢低压多孔电极筒9上的孔，将硅胶套穿透，最后将不锈钢电极底座旋紧，则低压多孔电极筒9底部密封。

如图1所示，不锈钢水槽1深度约200mm，水槽外壳接大地，将以上所述装置放在水槽内部，所述水槽底部与低压多孔电极筒9的筒底座接触导通，将水倒入水槽中，所述水位刚好淹没上部的不锈钢卡箍11顶部。

如图2所示，所述气源出口连接各支路气管，分别连接各等离子体发生装置，所述压缩气源可采用需要的各种气体或采用空压机等等，气压不小于0.3MPa，所述各支路气管上都安装有一所述节流阀用以控制各路气量，保证各路气量基本一致，所述高压电源输出频率范围：1～100kHz，输出电压0～6000V，所述电源通过高压硅胶线与各等离子体发生装置并联连接，通过并联提高设备规模。

低温等离子体活性水发生装置的发生方法：将低压多孔电极筒9的进气管12与压缩气源连接，在高压电极5顶部连接高压线3，将不锈钢水槽1接大地，使低压多孔电极筒9通过水槽底部与大地连通，将水引入不锈钢水槽1，水位淹没针孔硅胶套10的上端的不锈钢卡箍11，打开高压电源，反应器内部开始放电形成高浓度低温等离子体，产生大量活性粒子，打开气源，刚产生的活性粒子依次通过低压电极筒上的孔隙和针孔硅胶套10上的针孔，以细小气泡的形式进入水中，迅速与水2发生反应，形成高活性水。

本发明还保护并联低温等离子体活性水发生装置，将若干组所述的低温等离子体活性水发生装置并联，高压电源通过高压线3分别与各低温等离子体活性水发生装置并联连接，压缩气源通过各路气管给各低温等离子体活性水发生装置并联供气，在各支路气管上分别安装有节流阀控制各路气流。

低温等离子体活性水发生装置的发生方法：将各等低温等离子体活性水发生装置并联放置在水槽内部，将水2引入水槽淹没孔硅胶套的上端的不锈钢卡箍11后，先打开气源，调节各支路气管列节流阀观察各个针孔硅胶套10外部气泡均匀稳定后，再打开高压电源进行处理生产活性水。

可通过设定时间控制，定期将水槽中处理过的水用水泵抽走，自动同时重新不断的引入新水，实现活性水连续生产。

可采用不同的气源，也可在水槽内部放置些催化裁量，得到不同的活性水，通过调节不同的功率、气体流量，实现不同品质产量的活性水。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低温等离子体活性水发生装置，其特征在于：包括高压陶瓷电极、低压多孔电极筒和针孔硅胶套，外部为不锈钢水槽；所述低压多孔电极筒下端与不锈钢水槽底面接触导通，所述低压多孔电极筒上部一侧焊接进气管；所述低压多孔电极筒中部筒壁上分布有孔洞，在低压多孔电极筒外表面套有针孔硅胶套，所述针孔硅胶套中部插满针孔，所述针孔硅胶套通过不锈钢卡箍包裹在低压多孔电极筒表面；所述高压陶瓷电极位于低压多孔电极筒中，高压陶瓷电极与低压多孔电极筒形成同心结构的单介质阻挡放电反应器；所述高压陶瓷电极由高压电极、陶瓷管和绝缘堵头组成，高压电极从上部插入陶瓷管中，绝缘堵头从下部插入陶瓷管中；在低压多孔电极筒和高压陶瓷电极的顶部安装有绝缘块。

2.根据权利要求1所述的一种低温等离子体活性水发生装置，其特征在于：所述绝缘块中部具有凹槽，下部具有内螺纹腔；所述高压电极上部穿过绝缘块中部的凹槽使其居中固定，所述低压多孔电极筒上部通过外螺纹与所述绝缘块的内螺纹腔同心连接。

3.根据权利要求2所述的一种低温等离子体活性水发生装置，其特征在于：所述高压电极顶部留有与高压线快插连接槽；所述述绝缘块中部凹槽上至下分别具有与高压线、高压电极上端、陶瓷管上端相匹配的凹槽尺寸；所述陶瓷管套在高压电极外，陶瓷管上端穿至绝缘块中部凹槽内并与绝缘块紧密连接，使高压电极上端完全位于绝缘块内部。

4.根据权利要求1所述的一种低温等离子体活性水发生装置，其特征在于：所述低压多孔电极筒的筒体下部连接直径筒体直径的底座。

5.根据权利要求1所述的一种低温等离子体活性水发生装置，其特征在于：所述针孔硅胶套的上端通过上不锈钢卡箍锁紧，所述针孔硅胶套的下端通过下不锈钢卡箍锁紧。

6.根据权利要求1所述的一种低温等离子体活性水发生装置，其特征在于：所述绝缘堵头为具有针孔的多孔硅胶堵头。

7.权利要求1所述的低温等离子体活性水发生装置的发生方法，其特征在于：将低压多孔电极筒的进气管与压缩气源连接，在高压电极顶部连接高压线，将不锈钢水槽接大地，使低压多孔电极筒通过水槽底部与大地连通，将水引入不锈钢水槽，水位淹没针孔硅胶套的上端的不锈钢卡箍，打开高压电源，反应器内部开始放电形成高浓度低温等离子体，产生大量活性粒子，打开气源，刚产生的活性粒子依次通过低压电极筒上的孔隙和针孔硅胶套上的针孔，以细小气泡的形式进入水中，迅速与水发生反应，形成高活性水。

8.并联低温等离子体活性水发生装置，其特征在于：将若干组权利要求1-6任一项所述的低温等离子体活性水发生装置并联，高压电源通过高压线分别与各低温等离子体活性水发生装置并联连接，压缩气源通过各路气管给各低温等离子体活性水发生装置并联供气，在各支路气管上分别安装有节流阀控制各路气流。

9.权利要求8所述的低温等离子体活性水发生装置的发生方法，其特征在于：将各等低温等离子体活性水发生装置并联放置在水槽内部，将水引入水槽淹没孔硅胶套的上端的不锈钢卡箍后，先打开气源，调节各支路气管列节流阀观察各个针孔硅胶套外部气泡均匀稳定后，再打开高压电源进行处理生产活性水。