CN113636622B - 一种辉光放电电路及点阵式辉光放电水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辉光放电电路，该电路包括有电源回路以及至少两路放电回路；每一路放电回路的一端均连接电源回路的其中一个输出端，而每一路放电回路的另一端均连接电源回路的另一个输出端，该辉光放电电路该电路以交流电激励辉光放电过程，在多路放电电路并行时能在不同的放电电路间保持工作步调一致。本发明还提供一种点阵式辉光放电水处理装置，该装置包括有放电板组件以及放电针组件。该水处理住装置不仅结构紧凑体积小巧，应用在工业污水处理场合中时，能高效、稳定地长时间工作，产生大量低温等离子体对工业污水进行处理，具有平稳、连续、迅速的有益效果。

Description

一种辉光放电电路及点阵式辉光放电水处理装置

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种气体放电水处理电路。

背景技术

金属冶炼、印染、制药、食品加工等行业往往产生大量的、污染物成分复杂的、污染物浓度高的工业污水，传统的化学絮凝、生物降解、物理分离等污水处理方法普遍存在药品或设备投入大、操作步骤繁琐、处理速度慢等缺陷，很难应对大体量、重污染型的工业污水处理需求。而近年来，基于气体放电技术的污水处理方法以其高效、清洁、处理效果好等特点，被越来越多地应用在大体量、重污染型的工业污水处理场景中。

基于气体放电技术对工业污水进行处理，其本质是利用气体放电产生的低温等离子体轰击污水，促使污水中的微生物、污染物大分子或污染物离子团受破坏、被裂解或被电离，成为无毒、无害、或方便处理的小分子物质，进一步处理该小分子物质最终有效实现污水处理。采用气体放电获得低温等离子体的过程中，视其放电形式不同，气体放电可分为暗放电、电晕放电、介质阻挡放电、辉光放电以及电弧放电等，其中，介质阻挡放电与辉光放电为最常见的应用于污水处理的气体放电形式。

采用介质阻挡放电形式产生等离子体、进而实现污水处理的过程中，考虑到介质阻挡放电的本质特性及其放电要求，设备往往以板-介质层-板的形式来构造其放电环境，以两块相对设置的金属板充当介质阻挡放电的两个放电极，一绝缘板置于两金属板间充当介质层，为保证介质阻挡放电平稳进行，充当放电极的两块金属板应该保证绝对良好的导电性能、优秀的导热性能以及出色的表面平整度，而对于设置在两块金属板之间的中间介质，往往也要求其具备良好的绝缘特性和耐击穿特性，这无疑增加了设备的制造难度及生产成本，存在明显的设备制造困难、制造成本高的缺陷。

而采用辉光放电形式产生等离子体、进而实现污水处理的方法则可克服上述缺陷。辉光放电无需介质层，可灵活采用针-针、针-板、板-板、棒-管等结构形式构造其放电环境，现有技术中多采用直流电源或射频电源作为激励电源，以针-针、棒-管形式实现，例如在专利申请号为“201910067095.1”的中国专利申请文件中公开的利用辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的方法，其中的液下式辉光放电反应器，即采用针状铂丝电极以及针状不锈钢电极充当辉光放电的两放电电极；而在专利申请号为“CN201210023932.9”的专利申请文件中辉光放电等离子水处理装置中，则以在石英玻璃管内设置棒状电极，将石英玻璃管固定于管状的水流管中，分别将电极与水流管管壁连接电源的形式构造辉光放电的放电环境。

不难看出，以针-针形式构造的辉光放电环境，其点状放电的方式效率较低，难以在短时间内制备得到大量的等离子体，因此在上述“辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的方法”中，其液下式辉光放电反应器也仅用于模拟实验，无法适用于大体量的工业污水处理场合。而以棒-管形式构造的辉光放电环境，棒状电极与管状电极之间虽能产生片状连续放电，相较于针-针放电形式具有较高的污水处理效率，但也同时存在严重的电极发热问题，如不对电极采取及时有效的散热措施，则长时间工作后电极积热严重，存在烧损风险。

综上，如何构造合理、可靠、稳妥的辉光放电环境，稳定、可靠、持久、高效、源源不断地提供低温等离子体，方便应用在大体量、重污染型的工业污水处理场合中，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种辉光放电电路，该辉光放电电路具有良好的一致性，该电路以交流电激励辉光放电过程，在多路放电电路并行时能在不同的放电电路间保持工作步调一致。

本发明的另一个目的在于提供一种点阵式辉光放电水处理装置，该装置不仅结构紧凑体积小巧，应用在工业污水处理场合中时，能高效、稳定地长时间工作，产生大量低温等离子体对工业污水进行处理，具有平稳、连续、迅速的有益效果。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种辉光放电电路，该电路包括有：用于将工频市电转换成为具有预设的源频率f₀、源电压U₀的交流电的电源回路；以及至少两路放电回路；每一路放电回路的一端均连接电源回路的其中一个输出端，而每一路放电回路的另一端均连接电源回路的另一个输出端。

具体地，每一路放电回路中均包括有第一电极、第二电极以及至少一个限流电容；第一电极连接电源回路的其中一个输出端；限流电容的其中一个极板连接电源回路的另一个输出端，限流电容的另一个极板连接另一个限流电容或第二电极。

区别于现有技术中多采用直流电源或射频电源激励辉光放电过程，在本发明提供的技术方案中设置电源回路，以电源电路产生的交流电激励放电电路的辉光放电过程，调整电源电路的对应电气参数，则可得到调节其输出，得到源频率f₀、源电压U₀的交流电；设置多路放电回路并行，将每一路放电回路都直接接入电源回路，则电源回路产生的源频率f₀、源电压U₀的交流电将施加在每一路放电回路上，在同一时刻，每一路放电回路中获得的激励电源都将具备相同的电气参数，当满足辉光放电的发生条件时，每一路放电回路将同时发生辉光放电，不同放电回路中的第一电极将无法跨回路互相放电，只能对其放电回路内部的第二电极放电，多个放电回路间保持了电气步调一致。由此可见，在本发明提供的辉光放电电路中设置多个放电回路，并且保持每一个放电回路都与产生交流电的电源回路直接连接，这样的设置对于电源回路而言，这样的设置方便了电源回路集中把控每一路放电回路的辉光放电进程，提升了电路的可控性；而对于放电回路而言，这样的设置也遏制了不同放电回路中的第一电极互相放电，避免因不确定的放电间隙、不确定的放电形式而带来的气体放电结果的不确定性，取得更好的低温等离子体的制备效果，进而获得更好的工业污水处理效果。

基于上述辉光放电电路，本发明还提供一种点阵式辉光放电水处理装置，该装置包括有放电板组件以及放电针组件；

放电板组件中包括有底座以及用于实现第一电极的放电板；放电板嵌在底座中，通过外部线路与电源回路实现电导通；底座上开设有容工业废水流通的入水口及出水口；

而放电针组件中包括有用于分隔用电区域以及放电区域的针固定板，以及至少两路用于实现第二电极的放电针；将第一电极与第二电极构造成为针-板的结构形式，每一根放电针将作为一个独立的放电点，具备更好的放电稳定性。与此同时，针固定板架设在放电板上方，针固定板上对应放电针开设有针固定孔，针固定孔按序排列，相邻的针固定孔之间按设定距离均匀间隔，每一路放电针均穿接在其对应的针固定孔中，且每一路放电针的针尖端均伸出，向放电板方向延伸；每一根放电针的针尖端与放电板之间留存容外部废水流动及放电处理的废水处理间隙。

具体应用时，工业废水从入水口流入，控制工业废水流量，使得工业废水铺满并覆盖电极板，并在水平面与放电针的针尖端之间留存气隙，向该气隙中通入目标气体，向放电针与放电板施加激励电源，则放电板将作为所有放电针所对应的公共电极产生辉光放电。辉光放电发生后，夹在水面与针尖端之间的气体分子被电离成为低温等离子体，低温等离子体轰击工业污水，污水中的污染物对应受破坏、被裂解或被电离，成为无毒、无害、或方便处理的小分子物质，此时再经出水口将污水排出，经下一级污水处理装置处理后最终成为符合国家对应的排放标准的废水。

将若干根放电针分别插入其对应的针固定孔中，以阵列形式组成放电集群的设置方式，提高了放电效率，提升了辉光放电的规模，提高低温等离子体的产量，应用在工业污水处理场合中，可很好地应对大体量、重污染型的工业污水。

密集阵列的多根放电针在具体工作时对外部环境要求较为严格：一方面，放电针在整个放电过程中，应保证其与其他无关器件绝缘，保证每一根放电针严格遵循其电气原理正常工作；而另一方面，发生辉光放电时，放电针本身将产生大量的热量，长时间工作下热量将不断累积，这就要求与放电针接触的器件具有良好的耐热性能及导热性能，能保证与高温状态的放电针接触下不熔融、不变形，并能及时有效地将热量传导出去。因此在本发明提供的技术方案中，针固定板由具有绝良好绝缘性、耐热性、导热性的材料制得。以高绝缘性、耐高温和高导热特性材料制得的针固定板用于作为若干根放电针的安装骨架，为放电针提供稳定可靠的结构基础，分隔用电区域与放电区域，保证装置长时间稳定工作。

而为更加彻底地地解决放电针的发热问题，在本发明提供的技术方案中，针放电组件中还包括冷却器，冷却器设置在针固定板以及的针电路板之间，冷却器与针固定板固定，且冷却器紧密包裹每一根放电针。

具体的，冷却器包括有水冷管、绝缘导热胶以及陶瓷盖板；水冷管盘绕在针固定板的上方；陶瓷盖板设置在水冷管以及针电路板之间，每一根放电针均穿透陶瓷盖板，陶瓷盖板与水冷管固定；针固定板、水冷管以及陶瓷盖板三者围合形成密闭空间，绝缘导热胶填充于该密闭空间中，绝缘导热胶紧密包裹每一根放电针。放电针工作时产生的热量经绝缘导热胶传导给水冷管，水冷管进一步将热量传导给其内部流通的冷却水，流动的冷却水将热量带出，可持续、及时、有效地对放电针阵列作出散热。

放电针组件中还包括有针电路板、电容电路板、至少两个用于实现限流电容的限流器、转接头以及电源回路板；

具体地，针电路板包括有针电路基板、焊盘以及防爬电槽；针电路基板设置在针固定板的上方，板上印制有供放电针正常工作的电气线路；焊盘与放电针一一对应，嵌在针电路基板上，每一根放电针的接线端通过焊锡与其对应的焊盘固定，与针电路基板之间实现电导通；由本发明提供的放电电路的电气原理可知，电路工作时，每根放电针上将被施加源频率f₀的交流电，为防止相邻两根放电针之间发生爬电现象，在本发明提供针电路板中还设置了放爬电槽；防爬电槽开设在针电路基板上，防爬电槽设置多条，且每条防爬电槽均对应开设在相邻两个焊盘之间。

电容电路板竖立在针电路板的上方，与针电路基板固定；每一个限流器均固定在电容电路板上，转接头与放电针一一对应设置，每一个转接头均设置电容电路板的下侧边缘处，与电容电路板固定；每一个限流器与其对应放电针均通过对应的转接头电导通。电源回路板设置在电容电路板的上方，与电容电路板固定，每一个限流器与电源回路通过电源回路板实现电导通。采用上述结构方式可以优化放电针组件的空间布局，最大程度上缩减放电针组件的体积，使得整个放电针结构紧凑、体积小巧、模块化程度高，应用在实际的工业污水处理场合中时，能获得良好的使用效果。

综上，相比于现有技术，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

电路可控性好、放电高效、一致性好：本发明提供的辉光放电电路使用电源电路产生交流电的过程，具有较强的可控性，技术人员利用现行的控制技术调节电源电路中的相关参数，即可获得预期的交流电源频率与源电压。而设置多路放电电路，将具有预期的交流电源频率与源电压的交流电施加在每一路放电电路上，则可克服现有技术中单点放电效率低下的问题，并在不同的放电回路中取得良好的一致性，保证所有放电电路的放电形式单纯统一、步调一致。

放电高效、污水处理效果好：本发明提供的辉光放电水处理装置中以阵列形式集合多根放电针，以放电点阵的形式高效地作出气体放电，产生数量庞大的低温等离子体，应用到工业污水处理场景中时，能胜任大体量、重污染型工业污水的处理工作。

装置结构稳定、工作可靠：本发明提供的技术方案中以具有绝良好绝缘性、耐热性、导热性的材料制得针固定板，一方面以针固定板作为安装骨架，将若干根放电针保持间距、排布成为稳定的阵列式结构，构造出可靠的点阵式辉光放电集群；另一方面也以针固定板分隔用电区域以及放电区域，在保证辉光放电稳定进行的同时，确保不直接参与放电的限流器等器件不受影响，保持电路长时间稳定工作；与此同时，考虑到放电针的发热问题，本发明提供的的技术方案还为所有放电针设置水冷散热措施，进一步保证放电针及其周边器件能长时间工作不积热变形。

装置的模块化程度高、体积小巧：本发明提供的辉光放电水处理装置以多针阵列对单板的形式构造辉光放电，并对放电针组件以针固定板-散热器-针电路板-电容电路板-电源回路板的顺序依次向上层叠，取得整个水处理装置结构紧凑、结构小巧，模块化程度高的有益效果。

附图说明

图1是具体实施方式中所提供的辉光放电电路的电路原理图。

图2是具体实施方式中所提供的点阵式辉光放电水处理装置的整体结构示意图。

图3是具体实施方式中所提供的点阵式辉光放电水处理装置中放电板组件的结构示意图。

图4是具体实施方式中所提供的点阵式辉光放电水处理装置中放电针组件的结构示意图。

图5是具体实施方式中所提供的点阵式辉光放电水处理装置中针固定板与放电针结合的示意图。

图6是具体实施方式中所提供的点阵式辉光放电水处理装置中散热器的爆炸图。

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。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

请参阅图1。

在本具体实施方式中提供一种辉光放电电路，该电路包括有：用于将工频市电转换成为具有预设的源频率f₀、源电压U₀、源电压的交流电的电源回路E；以及至少两路放电回路；每一路放电回路的一端均连接电源回路的其中一个输出端，而每一路放电回路的另一端均连接电源回路的另一个输出端。

具体地，每一路放电回路中均包括有第一电极X1、第二电极X2以及至少一个限流电容C；第一电极X1连接电源回路的其中一个输出端；限流电容C 的其中一个极板连接电源回路的另一个输出端，限流电容C的另一个极板连接另一个限流电容C或第二电极X2。

请参阅图2-5。

基于上述辉光放电电路，在本具体实施方式中还提供一种点阵式辉光放电水处理装置，该装置包括有放电板组件1以及放电针组件2；

放电板组件1中包括有底座11以及用于实现第一电极X1的放电板12；放点板12以304、310或316等耐腐蚀性较强的不锈钢制得。放电板12嵌在底座 11中，通过外部线路与电源回路实现电导通；底座11上开设有容工业废水流通的入水口111及出水口112；

放电针组件2中包括有用于分隔用电区域以及放电区域的针固定板21，以及用于8*8根实现第二电极X2的放电针22；放电针采用直径为φ1、长度为60mm的310S不锈钢制得，每8根放电针22作为一组。针固定板21架设在放电板12上方，针固定板21上对应放电针22开设有针固定孔(图未示)，针固定孔按序排列，相邻的针固定孔均匀间隔，每一路放电针22均穿接在其对应的针固定孔中，且每一路放电针22的针尖端均伸出，向放电板12方向延伸；每一根放电针22的针尖端与放电板12之间留存容外部废水流动及放电处理的废水处理间隙，保持针尖端距污水水面5mm。

针固定板21由具有绝良好绝缘性、耐热性、导热性的氧化铝陶瓷板、氮化铝陶瓷板或氧化锆陶瓷板制得。

进一步地，在本具体实施方式中，放电针组件2中还包括有一块针电路板 23、八块电容电路板24、128个用于实现限流电容C的限流器25、64个转接头26以及一块电源回路板27；针电路板23包括有针电路基板231、焊盘232 以及防爬电槽233；针电路基板231设置在针固定板21的上方，板上印制有供放电针22正常工作的电气线路；焊盘232与放电针22一一对应设置64个，每一个焊盘232均嵌在针电路基板231上，每一根放电针22的接线端从陶瓷盖板上伸出后，穿过焊盘232中的焊盘孔后，通过焊锡与其对应的焊盘232固定，与针电路基板231之间实现电导通；防爬电槽233开设在针电路基板231上，防爬电槽233设置多条，且每条防爬电槽233均对应开设在相邻两个焊盘232 之间。

电容电路板设置8块，每一块电容电路板24保持间距，对应放电针22相互平行、竖立在针电路板23的上方，每一块电容电路板24与针电路基板231 固定；对应每一根放电针22，本具体试试方式中设置两个限流器25，每两个限流器25作为一组，固定在电容电路板24上；转接头26与放电针一一对应设置 64个，每一个转接头26均设置电容电路板24的下侧边缘处，与电容电路板24 固定；每一组限流器25与其对应放电针22均通过对应的转接头26电导通。电源回路板27设置在电容电路板24的上方，与电容电路板24固定，每一组限流器25与电源回路通过电源回路板27实现电导通。

针放电组件2中还包括冷却器28，冷却器28设置在针固定板21以及的针电路板23之间，冷却器28与针固定板21固定，且冷却器28紧密包裹每一根放电针22。

具体的，冷却器28包括有水冷管281、绝缘导热胶(图未示)以及陶瓷盖板282；水冷管281以Z字形盘绕在针固定板21的上方；陶瓷盖板282设置在水冷管281以及针电路板23之间，每一根放电针22均穿透陶瓷盖板282，陶瓷盖板282与水冷管281固定；针固定板21、水冷管281以及陶瓷盖板282三者围合形成密闭空间，绝缘导热胶(图未示)填充于该密闭空间中，绝缘导热胶紧密包裹每一根放电针22。

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 (3)

1.一种点阵式辉光放电水处理装置，该水处理装置基于辉光放电电路实现，该电路包括有：

用于将工频市电转换成为具有预设的源频率

、源电压

的交流电的电源回路；

以及，至少两路放电回路；

每一路所述放电回路的一端均连接所述电源回路的其中一个输出端，每一路所述放电回路的另一端均连接所述电源回路的另一个输出端；

每一路所述放电回路中均包括有第一电极、第二电极以及至少一个限流电容；所述第一电极连接所述电源回路的其中一个输出端，所述限流电容的其中一个极板连接所述电源回路的另一个输出端，所述限流电容的另一个极板连接另一个所述限流电容或所述第二电极；其特征在于，该装置包括有放电板组件以及放电针组件；

所述放电板组件中包括有用于实现所述第一电极的放电板；

所述放电针组件中包括有用于分隔用电区域以及放电区域的针固定板，以及，至少两路用于实现所述第二电极的放电针；

所述针固定板架设在所述放电板上方，所述针固定板上对应所述放电针开设有针固定孔，所述针固定孔按序排列，相邻的所述针固定孔之间按设定距离均匀间隔，每一路所述放电针均穿接在其对应的针固定孔中，且每一路所述放电针的针尖端均伸出，向所述放电板方向延伸；

每一根所述放电针的针尖端与所述放电板之间留存容外部废水流动及放电处理的废水处理间隙；

所述放电针组件中还包括有针电路板，所述针电路板包括有针电路基板、焊盘以及防爬电槽；所述针电路基板设置在所述针固定板的上方，所述焊盘与所述放电针一一对应，嵌设在所述针电路基板上，每一根所述放电针的接线端均与其对应的所述焊盘固定；所述防爬电槽开设在所述针电路基板上，所述防爬电槽设置多条，且每条所述防爬电槽均对应开设在相邻两个所述焊盘之间；

所述放电板组件还包括有底座，所述放电板嵌在所述底座中，所述放电板通过外部电连接线与所述电源回路电导通；所述针固定板与所述底座固定；所述底座上开设有容外部工业废水流通的入水口及出水口；外部工业废水沿入水口流入流向出水口的过程中，外部工业废水铺满并覆盖所述电极板；

所述放电针组件还包括有电容电路板、至少两个用于实现限流电容的限流器以及转接头；所述电容电路板竖立在所述针电路板的上方，与所述针电路基板固定；每一个所述限流器均固定在所述电容电路板上，所述转接头与所述放电针一一对应设置，每一个所述转接头均设置于所述电容电路板的下侧边缘处，与所述电容电路板固定；每一个所述限流器与其对应所述放电针均通过对应的所述转接头电导通；

所述放电针组件中还包括冷却器，所述冷却器设置在所述针固定板以及所述的针电路板之间，所述冷却器与所述针固定板固定，且所述冷却器紧密包裹每一根所述放电针；

所述冷却器包括有水冷管、绝缘导热胶以及陶瓷盖板；所述水冷管盘绕在所述针固定板的上方；所述陶瓷盖板设置在所述水冷管以及所述针电路板之间，每一根所述放电针均穿透所述陶瓷盖板，所述陶瓷盖板与所述水冷管固定；所述针固定板、所述水冷管以及所述陶瓷盖板三者围合形成密闭空间，所述绝缘导热胶填充于该密闭空间中，所述绝缘导热胶紧密包裹每一根所述放电针。

2.如权利要求1所述的点阵式辉光放电水处理装置，其特征在于，所述针固定板由具有良好绝缘性、耐热性以及导热性的材料制得。

3.如权利要求1所述的点阵式辉光放电水处理装置，其特征在于，所述放电针组件还包括有电源回路板，所述电源回路板设置在所述电容电路板的上方，与所述电容电路板固定，每一个所述限流器与所述电源回路通过所述电源回路板电导通。

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