CN111279800B - 电晕等离子体设备和等离子体反应器 - Google Patents

Abstract

电晕等离子体单元(11)，包括极性电极(12)和接地电极(13)，所述接地电极(13)包括圆筒(14)和多孔膜(15)，所述圆筒(14)具有低轮廓，极性电极(12)不进入圆筒(14)；电晕等离子体对偶元件(10)，包括第一单元(11)和具有这种结构的第二单元(21)，第一单元(11)和第二单元(21)对称设置(优选为头尾相接)；以及最后包括多个单元(11)或对偶元件(10)的等离子体反应器(30)。

Description

电晕等离子体设备和等离子体反应器

本专利申请要求于2018年4月20日提交的法国专利申请FR 17/00439的优先权，在此通过引用将其并入本专利申请中。

技术领域

本发明涉及通过电晕放电的等离子体发射领域，尤其涉及等离子体反应器的领域。

背景技术

已知使用电晕等离子体设备，通过电晕放电来产生等离子体和离子流。这种设备有利地允许产生用于使通过设备的流体离子化的等离子体。这种离子化，例如，在空气等流体处理中具有多重和互补特征。

根据第一特征，离子化可以通过离子沉积，对流体中包含的粒子充电。这样带电粒子可有利地通过静电过滤器保持，其中所述静电过滤器可以设置在设备的下游。根据另一个特征，离子化对流体中可携带的病原微生物例如病毒具有中和作用。根据另一个特征，离子化有利地产生了可用于机械过滤器例如活性炭过滤器净化的氧化性化学物质，其中所述机械过滤器设置在设备的下游。

另外，包括多个这种设备的电晕等离子体设备或等离子体反应器，有利地构成多过滤器流体处理装置的上游级。

已知生产电晕等离子体设备，使用极性电极和相对极性电极设置的接地电极，在两个电极之间施加大约几千伏的显著电势差。这产生等离子体以及产生离子放电的电晕放电。流体的电离效应通过创建一个迫使流体通过等离子体的流体循环获得。

为了获得这种等离子体，根据电晕效应，有两种已知配置：根据第一种配置，即点面式配置，具有较小曲率半径的极性电极垂直于基本为平面的接地电极设置；根据另一种配置，即线筒式配置，极性线状电极轴向设置在圆筒状接地电极中。

来自同一申请人的FR 2818451，提出通过使用针状的极性电极和接地电极，该接地电极包括垂直于极性电极设置的基本为平面的丝网筛，以及围绕极性电极整个长度的圆筒，将这两种配置结合起来。该设备在平行于极性电极和圆筒的重合轴的方向上由流体穿过。

一直以离子化效率、占用体积缩小、甚至是耗能角度，寻求改进电晕等离子体设备。

发明内容

本发明的主题涉及电晕等离子体单元，包括基本呈针状的极性电极和相对极性电极设置的接地电极，并且包括基本在以极性电极为中心的圆筒，以及平面基本与极性电极垂直的多孔膜，其中，圆筒具有低轮廓，优选地具有与直径相比可忽略不计的高度，其中，极性电极不进入圆筒。

根据另一个特征，多孔膜相对于极性电极设置在圆筒的相对侧上。

多孔膜是一种允许空气通过的表面，该表面具有尺寸为0.1mm至500mm，优选地为5mm至50mm的孔。

多孔膜的厚度有利地在0.5和50mm之间，优选地在1和5mm之间。

有利地，多孔膜是一种丝网，其网格可具有不同的形状(正方形、菱形等)。

同样，有利地，所述丝网是多孔金属板。

本发明的主题也涉及电晕等离子体对偶元件，包括如先前定义的第一电晕等离子体单元，所述第一电晕等离子体单元包括第一极性电极和相对第一极性电极设置的第一接地电极，以及如先前定义的第二电晕等离子体单元，所述第二电晕等离子体单元包括第二极性电极和相对第二极性电极设置的第二接地电极，其中第一单元和第二单元对称设置(头尾相接)。

根据另一个特征，第一极性电极和第二极性电极与相同的第一电势相连，并且第一接地电极和第二接地电极与相同的第二电势相连，所述第二电势与第一电势不同。

根据另一个特征，第一电势为负，第二电势为接地。

有利地，一个或多个极性电极与负电势相连，称为放电电极。

根据另一个特征，第一极性电极和第二极性电极基本为针状，并且由导电支撑件支撑，所述导电支撑件与第一极性电极、第二极性电极和第一电势相连，其中导电支撑件优选为基本平面状。

根据另一个特征，该导电支撑件包括印刷电路，其中所述印刷电路包括至少一个导电带，所述导电带与第一极性电极、第二极性电极和第一电势相连。

根据另一个特征，所述极性电极设置在所述至少一个导电带中钻出的金属化的导通孔中。

根据另一个特征，印刷电路包括开口，优选地在整个印刷电路中，但不包括围绕所述至少一个导电带设置的窄条。

根据另一个特征，第一极性电极和第二极性电极轴向对齐，并且优选地成为整体(即同一部分)。

根据另一个特征，第一单元和第二单元中至少一个单元是根据前述实施例之一的单元。

本发明的主题也涉及等离子体反应器，该等离子体反应器包括多个电晕等离子体设备，所述多个电晕等离子体设备以基本平面设置的形式并排设置，其中设备是根据前述实施例之一的单元，或者设备是根据前述实施例之一的对偶元件。

根据另一个特征，所述等离子体反应器的设置是基本为正方形的网格。

附图说明

通过如下供参考的详细描述，结合附图，本发明的其他特征、细节和优点将变得显而易见，其中：

-图1示出了根据本发明的单元的横截面视图；

-图2示出了根据本发明的对偶元件的横截面视图；

-图3示出了对偶元件极化的横截面视图；

-图4示出了包括两个图1中的单元的对偶元件的横截面视图；

-图5示出了图4中的对偶元件的横截面视图，所述对偶元件根据实施例标出了尺寸；

-图6示出了等离子体反应器的横截面视图；

-图7示出了等离子体反应器的透视图；

-图8示出了支撑极性电极的印刷电路的俯视图。

具体实施方式

根据第一方面，如图1所示，本发明涉及一种改进的电晕等离子体单元11。在已知方式中，该单元11包括基本为针状的极性电极12，以及相对极性电极12设置的接地电极13。接地电极13包括基本以极性电极12为中心的圆筒14，和平面基本与极性电极12垂直的多孔膜15。极性电极12通常固定在支撑件16上，有利地穿孔以允许流场通过。极性电极12和接地电极13之间的距离由至少一个间隔物17保持。

从FR2818451已知形成具有圆筒的接地电极，该圆筒基本以极性电极为中心，高度较高以便在整个长度上围绕极性电极。

改进了根据本发明的单元11，其中圆筒14成形为具有低轮廓(low profile)。这表示与直径相比，圆筒14的高度可以忽略不计。通常，圆筒的直径在20和100mm之间，优选地在25和75mm之间，例如在30和60mm之间，并且特别优选地在35和55mm之间。对于圆筒的厚度，小于10mm，优选地在1和5mm之间。另外，极性电极12成形足够短，使之不会穿透该圆筒14。

通过单元11电离的流场相对于图1基本垂直。

圆筒14高度和极性电极12长度的共同减小，有利于允许大幅减小单元11的总高度，因为可以让更低的接地电极13更靠近本身缩短的极性电极12。该优点允许使获得的单元11，或者基于该单元11的任何系统，例如等离子体反应器30，具有显著减小的厚度，以及因此在流场方向的整个尺寸显著减小。

将极性电极12保持在圆筒14外，可将等离子体成形为非常扁平的圆锥形，基本与流场垂直，从而促进良好的离子化。

因此，根据一个实施例，对于针尖和多孔膜间的距离d，圆筒直径在2d和5d之间，最好在3d处，离子流锥的张角在136°和112°之间。

根据另一个特征，仍在图1中示出，相对于放电电极12，将多孔膜15设置在与圆筒14相对的一侧。这对于等离子体/离子流的形状有利。另外，这简化了制造，因为可以将连续多孔膜15放置在圆筒14后方，同时多孔膜15仅从圆筒14限定的内部圆形开口中的极性电极12可见。

根据另一个方面，在图2中更具体地示出，本发明还涉及有利配置，其中两个单元11，21对称组装(头尾相接或反向配置)。而且，本发明涉及包括第一电晕等离子体单元11和第二电晕等离子体单元21的电晕等离子体对偶元件10。第一单元11包括第一极性电极12和相对第一极性电极12设置的第一接地电极13。第二单元21包括第二极性电极22和相对第二极性电极22设置的第二接地电极23。

根据另一个特征，在图3中更具体地示出，第一极性电极12和第二极性电极22与相同的第一电势8相连，并且第一接地电极13和第二接地电极23与相同的第二电势9相连，该第二电势9与第一电势8不同。

第一和第二电势8，9的正负号可以是任何正负号。但是，当极性电极与负电势(称为放电电极)相连时，通过电晕效应获得的离子化更有效。此外，优选地，第一电势8为负，第二电势9为接地。

已经发现，第一单元11和第二单元21的对称设置(优选为头尾相接的配置)具有许多不明显的优点。通过两个单元11，21的相同极化，也可获得其他优点。

使单元11，21加倍允许明显提高获得的效率。另外，已经表明，对偶元件10的寿命相对于单个单元11显著增加。实际上，电晕单元的不利影响是，极性电极12,22会沉淀出介电晶体，其通过逐渐隔离所述极性电极12,22，降低单元11,21的效率。使用两个单元，而不是使用一个单元，允许大大提高反应器30的使用寿命。

由于第一单元11具有与第二单元21相反的方向，因此其电离作用相互结合和互补，从而增加了整体的电离作用。

相反定向也允许向两个单元11，21提供相同极化。

这两个组合的取向和极化特征，允许有利地将第一极性电极12固定在第一支撑件16上，将第二极性电极22固定在第二支撑件26上。有利地，这两个支撑件16,26可以是单个公共支撑件36，极性电极12,22分别由支撑件36的一个面支撑。

因为第一极性电极12和第二极性电极22的极性相同(最好是负极性)，这有利地允许使用公共连接器，以及公共电势源极化两个极性电极12,22。因此，这种结构特别经济有利。

因此，根据一个有利的实施例中，公共支撑件36可以导电，并且连接第一极性电极12、第二极性电极22和第一电势8。

根据另一个有利实施例，公共支撑件36包括印刷电路36，该印刷电路36包括至少一个导电带31，该至少一个导电带连接至第一极性电极12、第二极性电极22和第一电势8。

电晕等离子体设备的极化，需要极性电极和接地电极之间有很大的电势差，该电势差约为数千伏。另外，第一电势8很高，可能对操作人员造成危险。根据本发明的配置，有利地确保了第一电势8被限制在对偶元件10的中间。因此，较高的第一电势8超出操作人员的接触范围。这种对偶元件10，以及基于这种对偶元件10构建的反应器30，从触电风险角度，具有自然安全的构造。

因为支撑件16,26是印刷电路36，第一电势8通过导电带31分布在支撑件内，有利地设置在所述印刷电路36中，根据另一个特征，基本针状的极性电极12,22，通过印刷电路36中钻出的导通孔33有利地组装在支撑件16,26上。这有利地允许通过焊接固定极性电极12，22。有利地，将导通孔33金属化，并将其钻入导电带31中。钻孔应确保电连接。因此，以连接方式将极性电极12,22固定到导通孔33，可确保极性电极12,22和第一电势8之间的连接。这允许固定和连接极性电极12，22的简单实施例。

被设置为穿过流场的印刷电路36有利地穿孔以允许流场通过。根据一个实施例，为此目的形成至少一个开口38。为了尽量最大化通过的流场，所述至少一个开口38可以覆盖印刷电路36的整个表面，但不包括围绕所述至少一个导电带31设置的至少一个窄条。

图8中示出了根据该特征的用于等离子体反应器的印刷电路36的实施例。

在以上描述中，第一极性电极12和第二极性电极22的相对位置任意。根据另一个有利特征，如图1-6所示，第一极性电极12和第二极性电极22轴向对齐。这有利地允许它们成为一个整体，针的两个尖端同时形成两个极性电极12，22。这也有利于允许在一次操作中，同时将两个极性电极12,22固定在相同的导通孔33中。

在对偶元件10中，两个单元11，21可以是任何类型。根据一个有利的实施例，第一单元11，第二单元21或两者都是根据本发明的单元，如图1所示，即具有低轮廓圆筒14的单元。图4-6示出了具有两个相同单元的配置。

基于根据前述实施例之一的单元11或对偶元件10，可以构建等离子体反应器30。等离子体反应器的已知原理是，在与流场垂直的平面中，采用并排设置的方式并置多个电晕等离子体设备。这允许任意增加横截面，并且因此增加可以通过等离子体反应器30的流体的流速。

根据本发明的另一个方面，等离子体反应器30并置根据前述实施例之一的单元11，或根据前述实施例之一的对偶元件10的设备。

图6和图7中示出了等离子体反应器30，该反应器基于包括具有低轮廓圆筒4的两个单元1的对偶元件10。

通过为了获取单元11或对偶元件10所作的选择简化了这种等离子体反应器30的获取。因此，如图6所示，中央印刷电路36在两个系列极性电极32的两个表面上均用作支撑件。这也通过导电带31，确保极性电极32与第一电势8(最好为负)相连。一系列(或两系列)间隔物37移动并且支撑圆筒的一个钻孔板34(或两个钻孔板34)和多孔膜的一个板35(或两个板35)。板34，35有利地为金属材质，以便其能导电并且连接到第二电势9。

等离子体反应器30中设备1，10的设置，可以是任何设置。但是，已寻求离子化功能和所占体积两者的最优化。此外，单元11/对偶元件10的密度也有利地是重要的。在单元11或包括圆筒14,24的对偶元件10平面中的压痕是圆形。此外，六边形或网格设置，例如正方形，是有利的。

图8示出了适于该等正方形网格设置的印刷电路36的可能实施例。该印刷电路36包括导电带31的阵列，例如矩形阵列。该导电带有利地嵌入印刷电路36的绝缘厚度中。其与第一电势8电气相连。在大致正方形的网格结构中，将导通孔33钻入安装有极性电极12，22，32的位置。切割印刷电路36，使其开口38占用最大表面面积，以使流场横截面最大化。最大表面面积仅受导电带31周围保留的窄条的限制。采用空间分布方式提供孔39，有利地不带电连接，以允许间隔物17，27，37有利地整体实现固定。

Claims (3)

1.等离子体反应器(30)，所述等离子体反应器包括以基本平面设置的多个电晕等离子体对偶元件，电晕等离子体对偶元件(10)包括第一电晕等离子体单元(11)和第二电晕等离子体单元(21)，所述第一电晕等离子体单元(11)包括第一极性电极(12)和相对所述第一极性电极(12)设置的第一接地电极(13)，所述第二电晕等离子体单元(21)包括第二极性电极(22)和相对所述第二极性电极(22)设置的第二接地电极(23)，

其中，所述第一极性电极(12)和所述第二极性电极(22)与相同的第一电势(8)相连，并且所述第一接地电极(13)和所述第二接地电极(23)与相同的第二电势(9)相连，所述第二电势(9)与所述第一电势(8)不同，其中，每个电晕等离子体单元包括：

a)呈针状的极性电极(12)，以及

b)相对所述极性电极(12)设置的接地电极(13)，其包括：

-以所述极性电极(12)为中心的圆筒(14)，所述圆筒具有内部圆形开口，所述极性电极(12)不进入所述圆筒(14)，针尖和多孔膜之间具有距离d，圆筒直径在2d和5d之间并且同时在25和75mm之间，圆筒的厚度小于10mm，因此允许等离子体基本上成形为非常扁平的圆锥形，与流场垂直，

-平面与所述极性电极(12)垂直的多孔膜(15)，所述多孔膜：

·是丝网；

·相对于所述极性电极(12)设置在所述圆筒(14)的相对侧上，且仅从所述圆筒(14)限定的内部圆形开口中的极性电极(12)中可见；并且

·是允许空气通过的表面，所述表面具有尺寸为0.1mm至500mm的孔；

其中，第一单元(11)和第二单元(21)以反向配置对称设置，其中所述第一极性电极(12)和第二极性电极(22)成为整体，相应地具有两个尖端的单针同时形成两个极性电极(12，22)，所述单针由导电支撑件支撑并且连接到所述导电支撑件，所述导电支撑件是印刷电路(36)，其包括：

-被金属化的导通孔(33)钻孔的至少一个导电带(31)，所述极性电极(12,22)设置在所述至少一个导电带(31)中钻出的金属化的导通孔(33)中；以及

-开口(38)，所述开口在整个印刷电路(36)中，但不包括围绕所述至少一个导电带(31)设置的窄条，以允许流场通过。

2.根据权利要求1所述的等离子体反应器(30)，其特征在于，所述第一电势(8)为负，所述第二电势(9)为接地。

3.根据权利要求1所述的等离子体反应器(30)，其特征在于，所述等离子体反应器(30)的设置是基本为正方形的网格。