CN112020197B - 一种解决放电不均匀的曲面电极等离子体发生装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种解决放电不均匀的曲面电极等离子体发生装置及工作方法，涉及等离子体产生领域，包括进气管道、整流板、出气管道、壳体和放电处理单元；气体经进气管道进入壳体经放电处理单元处理后经出气管道排出，在进气管道与壳体连接处以及壳体与出气管道连接处均设置有整流板；在壳体内部设置有放电处理单元，所述放电处理单元用来产生等离子体。本发明针对传统等离子体发生装置放大后放电不均匀及容易造成局部放电的问题，设计了一种解决放电不均匀的、高效、稳定的等离子体发生装置，该装置可应用于有机废气处理等领域。

Description

一种解决放电不均匀的曲面电极等离子体发生装置及工作 方法

技术领域

本发明涉及一种产生等离子体的装置，尤其涉及到一种解决放电不均匀的曲面电极等离子体发生装置及工作方法。

背景技术

等离子体是目前处理有机废气常用的方法，具有适用反应物范围广、装置简单等优点。等离子体发生装置一般由高压电极、接地和高压电源等部件组成，实验室常常使用的是平板电极或针状电极，然而在实际应用中，此结构在工作时经常会发生放电不均匀的现象，导致有机废气的处理效率骤降和能耗的剧增。此外放电不均匀还会影响到装置的使用寿命。解决放电不均匀的问题对等离子体技术在废气处理中的大规模应用具有显著意义。

发明内容

本发明针对传统等离子体发生装置放大后放电不均匀及容易造成局部放电的问题，设计了一种解决放电不均匀的、高效、稳定的等离子体发生装置，该装置可应用于有机废气处理等领域。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种解决放电不均匀的曲面电极等离子体发生装置，包括进气管道、整流板、出气管道、壳体和放电处理单元；气体经进气管道进入壳体经放电处理单元处理后经出气管道排出，在进气管道与壳体连接处以及壳体与出气管道连接处均设置有整流板；在壳体内部设置有放电处理单元，所述放电处理单元用来产生等离子体。

进一步的，所述放电处理单元包括曲面电极和针状电极；所述曲面电极和针状电极通过导线连通高压电源和接地。

进一步的，所述针状电极通过电源输入线与高压电源连接，曲面电极通过接地引线与接地装置连接；或者所述针状电极通过接地引线与接地装置连接，曲面电极通过电源输入线与高压电源连接。进一步的，所述曲面电极结构为半球形，所述针状电极设置在曲面电极圆心位置处。

进一步的，数个所述放电处理单元依次放置为一层，同层的放电处理单元并联连接；壳体内上下依次放置数层，且相邻两层放电处理单元错位放置，相邻两层的放电处理单元串联连接。

进一步的，同层放电处理单元之间水平间距为1～100mm；相邻两层放电处理单元之间竖直间距为2～300mm。

进一步的，所述针状电极包括数个带有尖端的细长针状结构组成的树状结构和数个相通的中空细长气管组成的树状结构，数个相通的中空细长气管组成的树状结构的针状电极又称作喷嘴电极，喷嘴电极内可喷出电极气。

进一步的，等离子体发生装置用于污染物降解。

一种解决放电不均匀的曲面电极等离子体发生装置的工作方法，包括如下步骤：气态污染物从进气管道进入，经过整流板后进入放电处理单元，在放电处理单元中，针状电极和曲面电极在高压电源作用下放电并产生等离子体，放电产生的等离子体将污染物分解为无害物质，最后通过整流板，从出气管道排出。

进一步的，当针状电极为喷嘴电极时，气流在放电和电极气产生的扰动作用下形成湍流，沿曲面电极表面流过曲面电极和针状电极之间的区域，扩大了气体处理量。

本发明作为一种解决放电不均匀的污染物降解装置，与现有的技术相对比具有一下优势：

1.传统的低温等离子体发生装置由两个平板电极组成，本发明为一个针状电极和一个曲面电极，解决了传统等离子体发生装置放电不均匀的问题。具体的，用曲面电极代替平板电极，曲面电极和针状电极或者喷嘴电极形成独立的放电处理单元，各个放电处理单元互不干扰，从而解决了放电不均匀问题。

2.曲面电极起到组织气流的作用，使待处理气体集中在放电区域，并在放电区域降低流速，增大降解效率。

3.放电单元错位布置，使上一层的气流沿曲面电极壁面流入下一层的放电单元曲面电极壁面，减小气流的阻力。

4.更充分地利用放电和电极气产生的气流扰动，产生湍流，增大气体交换，使气体在单元中更充分地被处理。

5.能适用于多种不同的应用领域，放电单元的尺寸实用性广，有较高的推广价值。

6.本装置解决放电不均匀的方法是用曲面电极代替平板电极。由于加工制造的精度的限制，在实际应用中，各个单元平板电极与针状电极的距离不完全一致，导致放电的起始电压和放电强度不一样，极易造成局部放电，而不是整体的均匀的放电。本发明用曲面电极代替平板电极，每个曲面电极围成的区域是一个独立的放电处理单元，各个单元互不干扰，电极呈半球形布置在曲面圆心，保证各个方向上能够均匀放电。

7.不放电时，曲面电极靠壁面部位会产生涡流，使气体接近针状电极；放电后产生的离子崩会造成气体扰动，破坏涡流，产生湍流，使气体接近曲面电极，气流主要流过两电极之间的区域，扩大了气体处理量。

附图说明

图1为本发明涉及到的针状电极形式的曲面电极污染物降解装置；

图2为图1装置的放电处理单元局部图；

图3为喷嘴电极形式的曲面电极污染物降解装置；

图4为图3装置的放电处理单元局部图。

附图标记说明：

1-进气管道；2-整流板；3-隔板；4-曲面电极；5-针状电极；6-电源输入线；7-绝缘层；8-接地引线；9-高压电源；10-接地装置；11-出气管道；12-固定环；13-绝缘管；14-喷嘴电极；15-气体管路和接地导线；16-电极气；17-绝缘气管；18-气体外管；19-壳体；20-引风机。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的

以下将结合附图详细说明根据本发明实施例提供的一种解决放电不均匀的污染物降解装置。

实施案例1

结合附图1和图2所示，一种解决放电不均匀的污染物降解装置，包括进气管道1、整流板2、隔板3、曲面电极4、针状电极5、电源输入线6、绝缘层7、接地引线8、高压电源9、接地装置10、出气管道11、固定环12、绝缘管13、壳体19和引风机20；进气管道1、壳体19与出气管道11依次相连，在进气管道1与壳体19连接处以及壳体19与出气管道11连接处均设置有整流板2。

针状电极5和曲面电极4组成放电处理单元，在壳体19中设置多个放电处理单元，两侧设置集线装置；针状电极5通过电源输入6线接高压电源9，曲面电极4通过接地导线8接地，电源输入线6外侧设有绝缘层7。

曲面电极4为半径为2～150mm的半球，针状电极长度为1～80mm，两层放电处理单元间距约2～300mm，同层放电处理单元间距约1～100mm。曲面电极底部有进气或出气通道，直径约为曲面电极直径的1/10到1/3。具体的，曲面电极4为半径为5cm的半球，针状电极5长度为1.5cm，两层放电处理单元间距约2cm，同层放电处理单元间距约3cm。

在放电处理单元中，针状电极5在曲面电极4圆心处。若干放电处理单元以并联的形式形成一层，每层8排或9排，各层放电处理单元以串联的方式安装，放置10层。安装时上下放电处理单元保持错位，使上一层的气流顺畅地流入下一层入口。

本装置解决放电不均匀的方法是用曲面电极代替平板电极，由于加工制造的精度的限制，在实际应用中，各个单元平板电极与针状电极的距离不完全一致，导致放电的起始电压和放电强度不一样，极易造成局部放电，而不是整体的均匀的放电。本发明用曲面电极代替平板电极，每个曲面电极围成的区域是一个独立的放电单元，各个单元互不干扰，电极呈半球形布置在曲面圆心，保证各个方向上能够均匀放电。

不放电时，曲面电极4靠壁面部位会产生涡流，使气体接近针状电极5；放电后产生的离子崩会造成气体扰动，破坏涡流，产生湍流，使气体接近曲面电极4，气流主要流过两电极之间的区域，扩大了气体处理量。

其实现步骤为：

气态污染物从进气管道1进入，经过整流板2后进入放电处理单元，在放电处理单元中，针状电极和曲面电极在高电压的作用下放电并产生等离子体，气流在放电产生的扰动作用下形成湍流，沿曲面电极流过两电极之间的区域，扩大了气体处理量；放电产生的等离子体将污染物分解为无害物质，最后通过整流板，从出气管道排出。

将含有空气和100ppm甲醛的气体从反应装置的进气通道1通入，流量为20L/min。高压电源9采用高压脉冲电源，输出电压保持在10kV。装置出口处采用气相色谱检测甲醇浓度，得到的脱除效率为42％。

实施案例2

结合附图3和图4所示，一种解决放电不均匀的污染物降解装置，采用喷嘴电极14，喷嘴电极14作为接地电极，与接地装置相连，曲面电极4作为高压电极，与高压电源9相连。电极气16由外部设备提供，通过气体外管18、绝缘气管17和气体管路15通入喷嘴电极14，气体管路15同时作为喷嘴电极14接地的导线，绝缘气管17将气体外管18和气体管路15隔离，防止电流外漏。气体管路和接地导线15外包绝缘层。其余与实施案例1相同。需要说明的是，喷嘴电极14为数个相通的中空细长气管组成的树状结构。喷嘴电极14内可喷出电极气16，喷嘴电极14中的电极气16可在高压作用下极速等离子化，且等离子化的比例高，可起到增强有机物降解的作用，电极气16还有增强气体混合，减小涡流的作用。

喷嘴电极14和曲面电极4组成放电处理单元，在壳体19中设置3层5个放电处理单元，两侧设置集线装置，安装时上下放电处理单元保持错位，使上一层的气流顺畅地流入下一层入口。其中，曲面电极4为半径为5cm的半球，喷嘴电极14长度为1cm，内径为2mm，两层放电单元间距约2cm，同层放电单元间距约3cm。

其实现步骤为：

气态污染物从进气管道1进入，经过整流板2后进入放电处理单元，电极气16通过气体外管18、绝缘气管17、气体管路15、喷嘴电极14进入放电处理单元，在放电处理单元中，喷嘴电极14和曲面电极4在高电压的作用下放电，污染物气流在放电和电极气产生的扰动作用下形成湍流，沿曲面电极流过两电极之间的区域。放电产生的等离子体将污染物分解为无害物质，最后通过整流板，从出气管道排出。

将含有空气和100ppm丙酮的气体从反应装置的进气通道1通入，流量为1L/min，另一路空气从喷嘴电极流出，流量为100mL/min。高压电源9采用高压脉冲电源，输出电压保持在10kV。装置出口处采用气相色谱检测丙酮浓度，得到的脱除效率为51％。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种解决放电不均匀的曲面电极等离子体发生装置，其特征在于，包括进气管道（1）、整流板（2）、出气管道（11）、壳体（19）和放电处理单元；气体经进气管道（1）进入壳体（19）经放电处理单元处理后经出气管道（11）排出，在进气管道（1）与壳体（19）连接处以及壳体（19）与出气管道（11）连接处均设置有整流板（2）；在壳体（19）内部设置有放电处理单元，所述放电处理单元用来产生等离子体；所述放电处理单元包括曲面电极（4）和针状电极（5）；所述曲面电极（4）和针状电极（5）通过导线连通高压电源（9）和接地；所述曲面电极（4）结构为半球形，所述针状电极（5）设置在曲面电极（4）圆心位置处；所述针状电极（5）包括数个带有尖端的细长针状结构组成的树状结构和数个相通的中空细长气管组成的树状结构；数个相通的中空细长气管组成的树状结构的针状电极又称作喷嘴电极，喷嘴电极内可喷出电极气（16）。

2.根据权利要求1所述的解决放电不均匀的曲面电极等离子体发生装置，其特征在于，所述针状电极（5）通过电源输入线（6）与高压电源（9）连接，曲面电极（4）通过接地引线（8）与接地装置（10）连接；或者所述针状电极（5）通过接地引线（8）与接地装置（10）连接，曲面电极（4）通过电源输入线（6）与高压电源（9）连接。

3.根据权利要求1至2任一项所述的解决放电不均匀的曲面电极等离子体发生装置，其特征在于， 数个所述放电处理单元依次放置为一层，同层的放电处理单元并联连接；壳体（19）内上下依次放置数层，且相邻两层放电处理单元错位放置，相邻两层的放电处理单元串联连接。

4.根据权利要求3所述的解决放电不均匀的曲面电极等离子体发生装置，其特征在于，同层放电处理单元之间水平间距为1~100mm；相邻两层放电处理单元之间竖直间距为2~300mm。

5.根据权利要求1-2、4任一项所述的解决放电不均匀的曲面电极等离子体发生装置，其特征在于，等离子体发生装置用于污染物降解。

6.根据权利要求1-2、4任一项所述的解决放电不均匀的曲面电极等离子体发生装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：气态污染物从进气管道（1）进入，经过整流板（2）后进入放电处理单元，在放电处理单元中，针状电极（5）和曲面电极（4）在高压电源（9）作用下放电并产生等离子体，放电产生的等离子体将污染物分解为无害物质，最后通过整流板（2），从出气管道（11）排出。

7.根据权利要求6所述的解决放电不均匀的曲面电极等离子体发生装置的工作方法，其特征在于，当针状电极（5）为喷嘴电极时，气流在放电和电极气（16）产生的扰动作用下形成湍流，沿曲面电极（4）表面流过曲面电极（4）和针状电极（5）之间的区域，扩大了气体处理量。

Images