CN112607829A - 一种介质阻挡放电水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种介质阻挡水处理装置，该装置包括有第一电极、第二电极、介质阻挡层和导电导热胶层；第一电极与第二电极相对设置，介质阻挡层介于第一电极与第二电极之间；第一电极与第二电极分别连接外部交变电源的两端；该装置还包括有导电导热胶层；导电导热胶层设置于第一电极与所述介质阻挡层之间，且导电导热胶层灌注成型，介质阻挡层通过导电导热胶层与所述第一电极紧密粘合；导电导热胶层与第二电极之间具有供外部废水流通及放电处理的废水处理间隙。该装置通过严格控制放电，保证装置在整个气体放电过程中稳定可靠，产生预期成分的等离子体。用于废水处理时具备水处理效率高、废水流动性强、处理效果可靠等效果。

Description

一种介质阻挡放电水处理装置

技术领域

本发明属于等离子体技术领域，特别涉及一种介质阻挡放电装置。

背景技术

等离子体，又叫电浆，是除气液固三态之外物质存在的第四种形态。等离子体中存在包括电子、正负离子、激发态原子或分子在内的大量的高能粒子，这些高能粒子在运动碰撞过程中交换动能、动量、位能和电荷，发生电离、复合、光子发射、光子吸收等物理过程，宏观上呈现高导电性和高化学反应活性。

根据其系统宏观温度，等离子体可分为高温等离子体与低温等离子。高温等离子体温度极高、制备困难。而低温等离子的制备相对容易，近年来，低温等离子体及其相关技术已经越来越多地应用到了诸如材料表面改性、等离子体点火助燃、废水处理等具体且广泛的工业应用场景中。

将低温等离子体相关技术应用在废水处理过程中时，一般是由放电电源在气相或液相中放电，产生大量活性组分(如-OH、O₃、H₂O₂等)，同时伴随多种物理化学效应(如紫外光照射、高能电子、冲击波等)，活性组分与废水中的污染物接触后，使污染物分子受激发、电离或者化学键断键，污染物分无毒、无害、或者已处理的小分子物质，进而有效处理污水。

作为一种新型的高级氧化技术，低温等离子体废水处理技术集成了强氧化性粒子反应、湿式氧化以及紫外光分解等技术，与其他技术相比，具有显著的无选择性、无二次污染、反应效率高、反应条件温和、降解彻底等优点。

采用气体放电法制备低温等离子体时，根据放电形式与放电结构不同，可分为电晕放电、介质阻挡放电、辉光放电和滑动弧放电等。其中，采用介质阻挡放电形式产生低温等离子体的方法，以其放电均匀稳定、工作气压范围宽等优点，应用在工业废水处理场景中时，能够取得较好的废水处理效果。

然而，现有技术中的介质阻挡放电水处理装置，普遍存在放电面积小、处理效率低、废水流动差等缺点。例如在专利申请号为“200720185381.0”的专利申请文件中公开了一种自冷却介质阻挡放电臭氧水处理装置，该装置由储液箱、介质阻挡放电臭氧发生器、交流高压电源、气源、微孔曝气头、水泵和管道等设备组成，其中，介质阻挡放电臭氧发生器放置于储液箱的水中，储液箱中的被处理水冷却介质阻挡放电臭氧发生器的电极系统，使介质阻挡放电臭氧发生器在低温下运行，气源的气体进入介质阻挡放电臭氧发生器后产生臭氧通过微孔曝气头进入被处理溶液中，水中的污染物被处理。在该专利申请中公开的介质阻挡放电臭氧水处理装置应用到实际的废水处理过程中时，不仅存在臭氧发生器效率过低、电极易锈蚀等缺陷，还存在废水流动性差等问题，无法应对工业生产中大体量的工业废水处理任务，难以广泛推广。

通过介质阻挡放电形式产生低温等离子体，进而利用低温等离子体完成污水处理的方法，虽然能取得较好的污水处理效果，但在具体施行过程中，由于其高污染、高水汽、高电压幅值、高放电频率的工作环境，整体装置很难保证放电完整可靠。如何构建介质阻挡放电水处理装置，保证其安全稳定运行，进一步取得良好的污水处理效果，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种介质阻挡放电装置，该装置将介质阻挡层通过导电导热胶与第一电极紧密粘贴，严格控制放电，保证装置在整个气体放电过程中稳定可靠，产生预期成分的等离子体。

本发明的另一个目的在于提供一种用于水处理的介质阻挡装置，该装置用于废水处理时具备水处理效率高、废水流动性强、处理效果可靠等效果。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种介质阻挡水处理装置，该装置包括有第一电极、介质阻挡层以及第二电极。

第一电极与第二电极相对设置，介质阻挡层置于第一电极与第二电极之间，将介质阻挡层紧密与第一电极紧密粘合，粘合后，介质阻挡层与第二电极之间留存容外部废水流通及放电处理的废水处理间隙。

装置工作时，外部废水沿第二电极的表面流入废水处理间隙中，控制外部废水的流量，保持废水铺满第二电极的表面的同时，水面与介质阻挡层之间仍留存气体间隙，向该气体间隙鼓入待电离气体形成气氛层，此时将第一电极与第二电极分别接通外部交变电源的两端，则外部交变电源将在第一电极与第二电极之间施加具有一定频率的高压交流电，调整外部交变电源相关电参数，使该高压交流电其满足气体放电条件，则夹在介质阻挡层与外部废水之间的气氛层中将发生气体放电，以介质阻挡放电的形式被电离成为等离子体。

第一电极与第二电极均采用导电、导热性良好的金属材料制得，由于第一电极上严密粘合介质阻挡层，而同时第二电极上铺满外部废水，则等离子体产生后将无法直接接触第一电极与第二电极，由此保证了第一电极与第二电极免受等离子体侵蚀，确保其结构上的稳定可靠，维持两电极长期可用。

介质阻挡层应由具有高介电强度、高耐压特性、高导热性、低膨胀系数以及良好的抗裂性能的绝缘材料制得：本发明提供的水处理装置在工作时，介质阻挡层以及外部废水之间将发生剧烈反应，介质阻挡层发热严重，具有高导热性的介质阻挡层将能快速传导热量，避免热量在介质阻挡层上积聚对其自身结构造成破坏，而与此同时，具有低膨胀系数、良好的抗裂性能的介质阻挡层在自身发热的过程中将维持其结构稳定，不因热量积聚引起严重变形或开裂进而撕裂导电导热胶层。将本发明提供技术方案应用到具体的水处理场景下时，技术人员可选用氮化铝陶瓷或氧化铝陶瓷制得该介质阻挡层。

在本发明提供的水处理装置中还将包括有导电导热胶层：导电导热胶灌注于第一电极与介质阻挡层之间，固化后形成导电导热胶层，介质阻挡层与第一电极通过导电导热胶层紧密粘合在一起。

未固化前的导电导热胶具有良好的流动性，能充分填充第一电极与介质阻挡层之间的间隙，防止装置在后续工作过程中在这些间隙中形成微型放电空间，进而有效避免了由于放电空间过多、多个放电空间之间由于结构参数各异而导致电离产生的等离子体成分混杂等问题。

导电导热胶固化后形成导电导热胶层，该导电导热胶层一方面将具有良好的导电性，可将第一电极上获得的电能高效传递至介质阻挡层，将电能集中到介质阻挡层与第二电极之间，集中对指定的气氛层电离，减少能源浪费；另一方面，该导电导热胶层还将具有良好的导热性，可将介质阻挡层在工作过程中产生的热量及时有效地传递至第一电极上，由此将热量传递出去，避免介质阻挡层积热形变，维持装置整体结构参数稳定，进而保持装置稳定工作，产生预期的、可靠的等离子体。

应该强调的是，导电导热胶层的自身材质为现有技术，例如在专利申请号为“201310148749.6”提供的技术方案中，即公开了一种含有石墨烯的高导热导电胶，本领域技术人员可根据该胶层所具备的性能特点，通过查阅现有的材料对应性能，选择对应型号的材质适用在本发明提供的技术方案中，胶层具体的材质并非本发明的保护核心，不在本发明的保护范围内。

在本发明提供的水处理装置中，第一电极将包括有电极中心部与电极延伸部，电极延伸部环绕电极中心部的边缘设置并向外延伸，二者一体成型，且电极中心部的四周边缘与第二电极的四周边缘齐平。

而进一步地，在本发明提供的技术方案中，介质阻挡层将包括有介质中心部与介质延伸部，介质中心部的四周边缘与第二电极的四周边缘齐平，介质延伸部环绕介质中心部设置并向外延伸，二者一体成型。特别地，介质延伸部的延伸宽度将宽于电极延伸部。

综合上述关于第一电极、介质阻挡层以及第二电极的形状大小设置可知，当第一电极、介质阻挡层与第二电极设置完成后，第二电极将具有最小面积，第一电极次之，介质阻挡层将具有最大面积。

这样的设置将直接导致当外部交变电源接通时，装置将以第二电极为气体放电的基准区域，气体放电进行过程中，第一电极与第二电极之间很难绕过介质阻挡层直接放电，因此电能得以集中在气氛层中，对气氛层做出稳定的、可靠的、符合预期的电离，获得理想成分的等离子体，进而有效把控水处理效果。

为充分限制放电区域，在本发明提供的水处理装置中还将设置放电限制框，放电限制框置于介质阻挡层与第二电极之间，且与介质阻挡层紧密粘合，放电限制框的内框边缘与第二电极的边缘齐平。与介质阻挡层相同，放电限制框采用具有一定介电系数的绝缘材质制得，设置放电限制框的目的，在于人为增厚非理想放电区域的绝缘层的厚度，增加非理想放电区域的放电难度，引导电能集中在以第二电极为基准的的理想放电区域内，进一步提升装置的气体放电性能。

本发明提供的水处理装置应用在具体的废水处理环境中时，将无可避免地处在高污染、高水汽、高频高压电的环境下，为保证装置在恶劣环境下稳定工作，在本发明提供的技术方案中将额外设置绝缘框，绝缘框紧套在介质阻挡层边缘上，起到阻挡水汽，防止爬电、限制放电的作用。

将绝缘框紧套在介质阻挡层上后，由于第一电极与介质阻挡层之间存在大小尺寸的差别，则绝缘框内壁与第一电极边缘之间将存在间隙，为充分阻止爬电现场的产生，并进一步防止水汽对第一电极以及放电效果产生影响，在本发明提供的水处理装置还设置导热胶框，该导热胶框由导热胶灌注成型，具备良好的导热性能及绝缘性能。导热胶严实地填充在第一电极边缘与绝缘框内壁之间，固化后成型为导热胶框，一方面阻隔水汽，防止装置在高频高压电环境下产生爬电；另一方面还可利用导热胶框具备的导热特性，更为充分、全面地为介质阻挡层传递热量，保证介质阻挡层高效散热。

应该强调的是，导热胶框自身材质为现有技术，本领域技术人员可利用现有的材料制得该胶框，导热胶框本身材质并非材质并非本发明的保护核心，不在本发明的保护范围内。

将本发明提供的技术方案应用在具体水处理场合中时，为充分散热，第一电极将特别设置为第一电极本体和水冷管的组合体：第一电极本体通过导电导热胶层与介质阻挡层紧密粘合，而水冷管设置在背离介质阻挡层的一侧，且与第一电极本体热导通；水冷管中存在供外部冷却水流通的水冷通道，外部冷却水接入水冷管中并沿水冷管流动，可将第一电极本体产生的热量以及介质阻挡层产生的热量带走，高效、及时、充分地为其提供散热措施。

本发明的优势在于：相比于现有技术，在本发明提供的水处理装置具有结构稳定可靠、放电效果理想可控、待处理废水流动性强、废水处理效率高等有益效果，应用在具体的废水处理场景中时，取得了良好的使用效果。

附图说明

图1是具体实施方式中所实现的介质阻挡发放电水处理装置的整体结构示意图。

图2是具体实施方式中所实现的介质阻挡放电水处理装置中的爆炸图。

图3是具体实施方式中所实现的介质阻挡放电水处理装置中上电极组件组合的剖面图。

图4是具体实施方式中所实现的介质阻挡放电水处理装置中第一电极的局部结构示意图。

图5是具体实施方式中所实现的介质阻挡放电水处理装置中下电极组件的结构示意图。

图6是具体实施方式中所实现的介质阻挡放电水处理装置中底座的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施方式一：

请参阅图1-6。

本具体实施方式中提供一种介质阻挡放电水处理装置，该装置包括有上电极组件1以及下电极组件2。

具体地，上电极组件1中包括有第一电极11、导电导热胶层12、介质阻挡层13、放电限制框14、绝缘框15以及导热胶框16；

在本具体实施方式中，第一电极11包括有第一电极本体111、水冷槽112、第一电极引线113、进水座114以及出水座115；

第一电极本体111由具有8mm厚度的铜板制成，沿板长和板宽方向在第一电极本体111内部铣槽，依序连通后在第一电极本体111的内部形成“弓”字形走向的水冷槽112。第一电极引线113设置在第一电极本体111的上方，且第一电极引线112的下部与第一电极本体111的上表面固定，其上部伸出，向外部电源开放连接；进水座114与出水座115均固定在第一电极本体111的上方，且分别与水冷槽112的进水端以及出水端保持水路连通，外部水源与进水座114连通后，冷却水由外部水源由进水座114流入水冷槽112，经出水座115流出，带走第一电极本体111上的热量。

第一电极引线113设置在第一电极本体111的上方，且第一电极引线113的下端与第一电极本体111上部表面固定，其上端伸出，向外部电源开放连接，第一电极引线113以及第一电极本体111保持电导通。

介质阻挡层131.5mm厚的高纯度石英玻璃或氮化铝陶瓷板制得，将该介质阻挡层13设置在第一电极本体111的下方，保持二者中心对齐，且介质阻挡层13的各边缘相较于第一电极本体111的各边缘均宽出10mm。向第一电极本体111与介质阻挡层13之间的间隙中灌注导电导热胶，使得导电导热胶薄而均匀地充满二者之间的间隙，导电导热胶固化后形成导电导热胶层12。

放电限制框14采用厚度为1.5mm的高纯度石英玻璃或氮化铝制成，其外框边缘与介质阻挡层13齐平，放电限制框14设置在介质阻挡层13下方，保持二者中心对齐，将放电限制框14紧密地粘在介质阻挡层13的下部表面上，由此实现二者固定。

绝缘框15的内框边缘与介质阻挡层13以及放电限制框14的外部边缘配合，绝缘框15保持其下部表面与放电限制框14的下部表面齐平，紧套在介质阻挡层13以及放电限制框14上，其上部高出，向绝缘框15上部以及第一电极本体111之间所夹的凹陷空间中关注导热胶，使得导热胶注满该凹陷空间，该导热胶固化后形成导热胶框16，该导热胶框16的内壁紧密粘合第一电极本体111的边缘，其外壁则紧密粘合绝缘框15上部的内壁。

在本具体实施方式中，下电极组件2包括有底座21以及第二电极22；

底座21包括有底座本体211，该底座本体211的四壁高出，底座本体211呈现为盆状，其右侧壁上开设有进水口212，其右侧壁上开设有出水孔213，底座本体211的内部底面上开设有与第二电极22相适配的电极槽214，在其前后侧壁上均开设有用于放置上电极组件1的置物槽215。

第二电极22包括有第二电极本体221以及第二电极引线(图未示)，第二电极本体221保持与第一电极本体111以及介质阻挡层13保持中心对齐，对应嵌入电极槽214中，第二电极引线设置在第二电极本体221的下方，其上端与第二电极本体221连接，其下端从底座本体211中伸出，向外部电源开放连接。

第一电极本体111与介质阻挡层13均为一体成型的板状材料，其中，第一电极本体111中与第二电极本体221对应的区域为电极中心部111A，围绕该电极中心部111A的边缘延伸处作为其电极延伸部111B；而介质阻挡层13中与第二电极本体221对应的区域则为介质中心部13A，围绕该介质中心部13A的边缘延伸处则作为其介质延伸部13B。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种介质阻挡水处理装置，该装置包括有第一电极、第二电极和介质阻挡层，所述第一电极与第二电极相对设置，所述介质阻挡层介于第一电极与第二电极之间；所述第一电极与第二电极分别连接外部交变电源的两端；

其特征在于，该装置还包括有导电导热胶层；

所述导电导热胶层设置于所述第一电极与所述介质阻挡层之间，且所述导电导热胶层灌注成型，所述介质阻挡层通过所述导电导热胶层与所述第一电极紧密粘合；

所述导电导热胶层与第二电极之间具有供外部废水流通及放电处理的废水处理间隙。

2.如权利要求1所述的介质阻挡水处理装置，其特征在于，所述第一电极包括有电极中心部和电极延伸部，所述电极中心部的四周边缘与所述第二电极的四周边缘齐平；所述电极延伸部设置在所述电极中心部四周并向外延伸，所述电极延伸部与所述电极中心部一体成型式连接。

3.如权利要求2所述的介质阻挡放电水处理装置，其特征在于，所述介质阻挡层具有介质中心部与介质延伸部，所述介质中心部的四周边缘与所述第二电极的四周边缘齐平；所述介质延伸部设置在所述介质中心部的四周并向外延伸，所述介质延伸部与所述介质中心部一体成型式连接。

4.如权利要求3所述的介质阻挡放电水处理装置，其特征在于，所述介质延伸部的延伸宽度宽于所述电极延伸部的延伸宽度。

5.如权利要求3所述的介质阻挡放电水处理装置，其特征在于，该装置还包括有放电限制框，所述放电限制框设置在介质阻挡层与第二电极之间，且所述放电限制框与所述介质阻挡层紧密粘合；

所述放电限制框内框边缘与第二电极的四周边缘齐平。

6.如权利要求5所述的介质阻挡放电水处理装置，其特征在于，该装置还包括有绝缘框，所述绝缘框紧套在所述介质绝缘层上，且所述绝缘框的内框侧壁与所述介质阻挡层的四周边缘连接。

7.如权利要求6所述的介质阻挡放电水处理装置，其特征在于，该装置还包括有导热胶框，所述导热胶框环绕第一电极板的边缘灌注成型，且所述导热胶框紧密填充所述绝缘框内框侧壁与所述第一电极四周边缘之间的间隙。

8.如权利要求7所述的介质阻挡放电水处理装置，其特征在于，所述第一电极包括有第一电极本体和水冷管，所述第一电极本体通过导电导热胶层与所述介质阻挡层紧密粘合，所述水冷管设置在背离介质阻挡层的一侧，且所述水冷管与所述第一电极本体热导通；所述水冷管中存在供外部冷却水流通的水冷通道。

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