CN113794111A - 一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于放电装置领域，公开了一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置。本发明传动齿轮固定在刀片电极上端顶部，刀片电极连接金属连接杆从中空部分轴心穿过与上部传动齿轮相连，传动齿轮下部设置一个同轴的驱动供电连接模块，刀片电极通过金属连接杆与上端传动齿轮和驱动供电连接模块相连，放电复合腔体位于驱动供电连接模块的下端，轴心位置开孔穿过刀片电极的金属连接杆，螺旋电极由上至下盘旋在放电复合腔体内部侧壁，且螺旋电极的上端和下端均与复合腔体侧壁开孔设置接地相连，螺旋电极和刀片电极间隙与放电复合腔体对应的上方位置设有通气结构，提供了一种高效、安全、可靠的滑动电弧放电装置。

Description

一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置

技术领域

本发明属于放电装置领域，具体涉及一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置。

背景技术

滑动电弧放电是指两电极在高压电场激励下产生电弧通道，电弧通过气流驱动沿着气流方向向下滑动的一种放电形式。该形式放电电弧通过气流驱动和冷却，可产生兼具热平衡等离子体和非平衡等离子体特性的大气压非平衡等离子体。滑动电弧放电过程中绝大多数电能通过非平衡等离子体注入到放电区域，产生大量高能电子和活性基团，这些高能电子和化学基团具有较高的化学活性，可以提高化学反应速率，加快化学反应进程。因此，滑动电弧放电所产生的大气压非平衡等离子体能量利用率高，在污染物降解、燃料重整、金属表面清洗、废水处理、等离子体点火及助燃等领域具有广泛的应用前景。

目前，滑动电弧放电以二维刀型电极结构为主，其电极结构简单，制作方便。然而不足的是，二维刀型结构滑动电弧放电主要形成于两刃片之间的间隙内，长时间连续放电易于造成电极的氧化腐蚀，影响放电传播的连续性，且电弧与介质气体的接触面积较小，反应时间较短，导致了反应气体转化效率难以提高，在一定程度上限制了滑动电弧等离子体在工业上的应用和推广。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种高效、安全、可靠的滑动电弧放电装置。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置，包括传动齿轮、驱动供电连接模块、放电复合腔体、刀片电极、螺旋电极、接地以及通气结构；

传动齿轮固定在刀片电极上端顶部，刀片电极连接金属连接杆从中空部分轴心穿过与上部传动齿轮相连，传动齿轮下部设置一个同轴的驱动供电连接模块，刀片电极通过金属连接杆与上端传动齿轮和驱动供电连接模块相连，放电复合腔体位于驱动供电连接模块的下端，轴心位置开孔穿过刀片电极的金属连接杆，螺旋电极由上至下盘旋在放电复合腔体内部侧壁，且螺旋电极的上端和下端均与复合腔体侧壁开孔设置接地相连，螺旋电极和刀片电极间隙与放电复合腔体对应的上方位置设有通气结构。

进一步的，供电连接模块采用多点接触连接设计，主体为导电金属材质，呈中空柱形结构。

进一步的，所述驱动供电连接模块包括高压接头，凹槽，金属毛刷，金属连接杆，其中金属毛刷包括外围金属毛刷，外围金属毛刷连接金属环，中心金属毛刷，中心金属毛刷连接金属环；凹槽正上端中心位置及侧壁中心位置均开孔，金属连接杆由凹槽正上端的中心孔洞垂直插入，高压连接头由凹槽侧壁中心位置孔洞接入，并与外围金属毛刷连接金属环相连通，外围金属毛刷连接金属环固定在凹槽的中心位置；外围金属毛刷连接金属环表面设有阶梯形状的外围金属毛刷，中心金属毛刷连接金属环与金属连接杆相连并固定在其上，高度与外围金属毛刷连接金属环相同；中心金属毛刷连接金属环表面设有反方向阶梯形状中心金属毛刷，且中心金属毛刷长刷毛端与外围金属毛刷连接金属环相接触。

进一步的，所述通气结构设有若干个气孔，每个气孔呈顺时针或逆时针向同一方向倾斜。

进一步的，所述气孔数量为3个。

进一步的，所述放电复合腔体外部为绝缘材料，内部侧壁为导电材料。

进一步的，所述刀片电极由若干片电极贴合组成，包括前部中空刀片电极和背部实体刀片电极，刀片电极设有扇骨型导流槽，扇骨型导流槽内部设有填充物。

进一步的，所述刀片电极的电极片数大于等于2片。

进一步的，所述填充物为多孔介质体或多孔介质体和多孔催化剂的复合填充。

进一步的，所述螺旋电极为金属材料，盘旋在放电复合腔体内部，呈现上宽下窄螺旋排布，螺旋电极表面设有导流凹槽。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)低能耗、高效率，放电功率低，应用处理效果好；

(2)刀片电极通过旋转带动内部气体或气雾与放电产生的活性粒子充分混合增强处理效率，同时刀片电极的旋转与螺旋电极组合，与传统刀片电极相比在单位尺度下增加了放电电弧滑动的整体行程和空间分布，且二者均采用导流设计，在气体流转过程中，粘滞的气体可沿导流槽集中至刃尖放电区域，增强处理效果的同时降低电极温度，实现放电行程和处理效果双向增强；

(3)稳定性高，可操控性强，供电连接模块采用多点供电及定向旋转设计，确保高压连接和刀片电极的旋转方向；刀片电极和螺旋电极采用导流设计，导流过程中降低电极表面温度，提高电极耐用性；放电复合腔体内部导电材质侧壁与螺旋电极连接，提高散热效果；刀片电极采用双刃或多刃设计，确保电极被强腐蚀后仍然可以继续进行放电；刀片电极中部扇骨型导流槽添加的多孔介质体可为特定催化材料或吸附材料，根据处理对象选定，实现增强处理效果；气体或气雾通过上方螺旋排布的气孔注入，实现气流的定向扰动，可均匀混合也可根据处理需求调节先后注入顺序，实现多区域混合处理。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的立体图；

图2是本发明的平面图；

图3是驱动供电连接模块主视图；

图4是驱动供电连接模块俯视图；

图5是通气部分示意图；

图6是刀片电极示意图；

图7是螺旋电极示意图。

图中：1.传动齿轮，2.驱动供电连接模块，2-1.凹槽，2-2.金属毛刷，2-2-1.外围金属毛刷，2-2-2.外围金属毛刷连接金属环，2-2-3.中心金属毛刷，2-2-4.中心金属毛刷连接金属环，2-3.金属连接杆，3.气孔，4.放电复合腔体，5.刀片电极，5-1.前部中空刀片电极，5-2.背部实体刀片电极，5-3.扇骨型导流槽，5-4.填充物，6.螺旋电极，6-1.导流凹槽，7.接地，8.通气结构。

具体实施方式

下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。

实施例1

如图1-2所示，本发明设计结构由上至下主要包括传动齿轮1、驱动供电连接模块2、放电复合腔体4，由放电复合腔体4内部向外，设有刀片电极5、螺旋电极6、接地7以及通气结构8。传动齿轮1为外部动力连接器，固定在刀片电极5上端顶部，根据所需动力和转速选取不同的传动齿轮；刀片电极5连接金属连接杆2-3，从中空部分轴心穿过与上部传动齿轮1相连，凹槽2-1正上端中心位置及侧壁中心位置均开孔，金属连接杆2-3由凹槽2-1正上端的中心孔洞垂直插入，高压连接头2-0由凹槽2-1侧壁中心位置孔洞接入，并与外围金属毛刷连接金属环2-2-2相连通，外围金属毛刷连接金属环2-2-2固定在凹槽2-1的中心位置；外围金属毛刷连接金属环2-2-2表面设有阶梯形状的外围金属毛刷2-2-1，中心金属毛刷连接金属环2-2-4与金属连接杆2-3相连并固定在其上，高度与外围金属毛刷连接金属环2-2-2相同；中心金属毛刷连接金属环2-2-4表面设有反方向阶梯形状中心金属毛刷2-2-3，且中心金属毛刷2-2-3长刷毛端与外围金属毛刷连接金属环2-2-2相接触。

金属毛刷2-2与金属连接杆2-3部分卡齿相扣，保证上端凹槽2-1连接不良或氧化导致电压供电不足情况下，下方金属毛刷2-2依然能够正常与电极连接供电，同时阻碍误操作情况下使电极反转；传动齿轮1下部设置一个同轴的驱动供电连接模块2，如图3-4所示，所述驱动供电连接模块2采用多点接触连接设计，主体为导电金属材质，呈中空柱形结构；所述的刀片电极5通过金属连接杆2-3与上端传动齿轮1和驱动供电连接模块2相连，实现旋转驱动和供电驱动，如图6所示，刀片电极5采用挖槽、多刃、气流导向设计，在旋转推动气流过程中，气流被带动的同时粘滞的气流沿添附填充物4-4的扇骨型导流槽5-3流转至刃尖；所述放电复合腔体4位于驱动供电连接模块2的下端，整体呈中空的柱形设计，轴心位置开孔穿过刀片电极5的金属连接杆2-3，放电复合腔体4外部为绝缘材料，内部侧壁为导电材料，螺旋电极6由上至下盘旋在放电复合腔体4内部侧壁，且螺旋电极6的上端和下端均与复合腔体4侧壁开孔设置接地7相连，保证良好接地；如图7所示，所述的螺旋电极6表面采用螺纹设计，增加散热面积的同时，在腔内气体流转过程中引导气流导向螺旋电极6刀刃边沿位置，加强区域处理；螺旋电极6和刀片电极5与放电复合腔体4上部预留空间可增添均流相关设施；螺旋电极6和刀片电极5间隙与放电复合腔体4对应的上方位置设有气孔3，气孔3沿轴心以圆形轨迹排布，可设置多个，以螺旋形式介入，螺旋方向与螺旋电极6旋转方向一致。

所述驱动供电模块2为导电材料，本实施例使用铜材料，采用多点连接设计，即环形接触连接与刷齿转向连接，同时设置定向转动卡扣，确保供电状态稳定的同时，确保转动方向一致。

如图5所示，所述通气结构8设有若干个气孔3，气孔3沿轴心以圆形轨迹呈紫金花形式螺旋排布，且与下部螺旋电极6的旋转角度一致，意在使气体沿电极转动方向有螺旋运动趋势，增强混合效果和电弧滑动效果，增强处理行程，提高处理效率，出气口位置与两刀片电极5；间隙相对气体或气雾可分立的由每个气孔独立输入，实现区域化放电离化和混合处理；气体或气雾可同时混合由每个气孔同时输入；本实施例的气孔数目以3个为例且不仅限于3个。

所述放电复合腔体4外部及顶部为绝缘材料，本实施例使用聚四氟乙烯，内部侧壁为导电材料，可为导电薄膜或金属，本实施例使用锡箔贴壁固定，放电复合腔体4底部为开口设计。整体结构确保外部绝缘安全，同时与螺旋电极6相连，增加传热面积提高电极散热效率，同时与螺旋电极6共同接地，多重措施确保放电状态稳定性。

所述刀片电极5为导电材料，本实施例采用铜材料，刀片电极5采用挖槽、多刃、气流导向设计，在旋转推动气流过程中，气流被带动的同时粘滞的气流沿添附填充物5-4的导向槽体流转至刃尖，与螺旋电极6刃尖传送气流推动电弧滑动，增强处理效率。通过刀片电极5旋转配合螺旋电极6构造及气流导向，使电弧旋进推动，增加了放电通道的行程和放电的面积，提高了处理效率。

刀片电极5为多片电极贴合组成，片数以2片为例且不仅限于2片，该多片式电极在放电过程中提高电极寿命，降低电极材质要求，提高电极使用耐久度，在电极损伤情况下其他刃片可保障放电持续进行，确保处理效率稳定性和放电稳定性。电极转动、吸附和导流的协同作用可实现低气体流速注入条件下的滑动电弧放电。

刀片电极5的刀片中间为凹槽设计，为扇骨型倒流槽5-3，并设置导流隔断；在电极转动配合过程中，气体受背部实体刀片电极5-2的阻挡沿扇骨型导流槽5-3流入至前部中空刀片电极5-1处，即刀片前沿的放电处理区域，提高处理效果。

可在扇骨型倒流槽5-3填充填充物5-4，填充物5-4可为多孔介质体，在转动过程中吸附处理气体或气雾，同时电极放电及电极温度变化促进吸附物的解吸附过程，并沿扇骨型导流槽5-3导流至放电区域提高处理效果；填充物5-4可为多孔催化剂，在等离子体和催化剂的协同作用下，提高处理效果；填充物5-4也可为多孔介质体和多孔催化剂的复合填充，其填充主体为多孔介质体，刃端位置填充多孔催化剂，保证吸附的同时并加强等离子体和催化剂的协同作用。本实施例的填充物5-4采用多孔氧化铝介质，也可为光催化多孔材料或化学催化多孔材料。

所述螺旋电极6为导电材料，本实施例采用铜材质，电极构型呈现上宽狭窄螺旋排布，与刀片电极5转动过程中的电极间隙变化满足传统的双刀电极间隙变化，盘旋在放电复合腔体4内部，与旋转的刀片电极5共同组成滑动电弧放电电极组，通过电极螺旋盘布的形式，在单位垂直空间下增长了放电电弧滑动形成，延长了放电处理时间，同时在扩大了放电扩散面积提高了处理效果；

螺旋电极6表面设计导流凹槽6-1，满足气体内部流动过程中向刃尖位置的导向，提高气体或气雾的处理效率，增加放电通道单位垂直距离上的行程，与旋转电极旋转方向配合，气体在电极表面受到阻挡并沿导流凹槽流至电极刃片尖端放电区域提高处理效果，同时导流凹槽增加电极表面积，在电极转动气流导流的情况下，提高了电极自身的散热效果，提高放电稳定性。

实施例2

本发明工作过程如下：

从上至下，传动齿轮1与外部传动装置连接带动刀片电极5在放电复合腔体4内定向旋转，通过高压连接头2-0连接驱动供电连接模块2，将高压接通至刀片电极5上，螺旋电极6盘旋在放电复合腔体4内部侧壁，其上端和下端均与侧壁接地7相连实现良好接地，单一或多种气体或气雾可通过放电复合腔体4顶部的孔道3注入至旋转放电区域，滑动电弧产生的活性物种主要集中在放电刀片区域，通过螺旋电极6旋转过程在单位放电长度下增加了整体放电的行程，并实现了气流向刃尖的导向和气体与活性离子的均匀混合，加强了放电的处理效果，通过螺旋电极6和刀片电极5的设计达到放电行程和处理效率增强的目的。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置，其特征是，包括传动齿轮(1)、驱动供电连接模块(2)、放电复合腔体(4)、刀片电极(5)、螺旋电极(6)、接地(7)以及通气结构(8)；

传动齿轮(1)固定在刀片电极(5)上端顶部，刀片电极(5)连接金属连接杆(2-3)从中空部分轴心穿过与上部传动齿轮(1)相连，传动齿轮(1)下部设置一个同轴的驱动供电连接模块(2)，刀片电极(5)通过金属连接杆(2-3)与上端传动齿轮(1)和驱动供电连接模块(2)相连，放电复合腔体(4)位于驱动供电连接模块(2)的下端，轴心位置开孔穿过刀片电极(5)的金属连接杆(2-3)，螺旋电极(6)由上至下盘旋在放电复合腔体(4)内部侧壁，且螺旋电极(6)的上端和下端均与复合腔体(4)侧壁开孔设置接地(7)相连，螺旋电极(6)和刀片电极(5)间隙与放电复合腔体(4)对应的上方位置设有通气结构(8)。

2.如权利要求1所述的一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置，其特征是，所述驱动供电连接模块(2)采用多点接触连接设计，主体为导电金属材质，呈中空柱形结构。

3.如权利要求2所述的一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置，其特征是，所述驱动供电连接模块(2)包括高压接头(2-0)，凹槽(2-1)，金属毛刷(2-2)，金属连接杆(2-3)，其中金属毛刷(2-2)包括外围金属毛刷(2-2-1)，外围金属毛刷连接金属环(2-2-2)，中心金属毛刷(2-2-3)，中心金属毛刷连接金属环(2-2-4)；凹槽(2-1)正上端中心位置及侧壁中心位置均开孔，金属连接杆(2-3)由凹槽(2-1)正上端的中心孔洞垂直插入，高压连接头(2-0)由凹槽(2-1)侧壁中心位置孔洞接入，并与外围金属毛刷连接金属环(2-2-2)相连通，外围金属毛刷连接金属环(2-2-2)固定在凹槽(2-1)的中心位置；外围金属毛刷连接金属环(2-2-2)表面设有阶梯形状的外围金属毛刷(2-2-1)，中心金属毛刷连接金属环(2-2-4)与金属连接杆(2-3)相连并固定在其上，高度与外围金属毛刷连接金属环(2-2-2)相同；中心金属毛刷连接金属环(2-2-4)表面设有反方向阶梯形状中心金属毛刷(2-2-3)，且中心金属毛刷(2-2-3)长刷毛端与外围金属毛刷连接金属环(2-2-2)相接触。

4.如权利要求1所述的一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置，其特征是，所述通气结构(8)设有若干个气孔(3)，每个气孔(3)呈顺时针或逆时针向同一方向倾斜。

5.如权利要求4所述的一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置，其特征是，所述气孔(3)数量为3个。

6.如权利要求1所述的一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置，其特征是，所述放电复合腔体(4)外部为绝缘材料，内部侧壁为导电材料。

7.如权利要求1所述的一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置，其特征是，所述刀片电极(5)由若干片电极贴合组成，包括前部中空刀片电极(5-1)和背部实体刀片电极(5-2)，刀片电极(5)设有扇骨型导流槽(5-3)，扇骨型导流槽(5-3)内部设有填充物(5-4)。

8.如权利要求7所述的一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置，其特征是，所述刀片电极(5)的电极片数大于等于2片。

9.如权利要求7所述的一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置，其特征是，所述填充物(5-4)为多孔介质体或多孔介质体和多孔催化剂的复合填充。

10.如权利要求1所述的一种螺旋转刃增幅式电弧放电装置，其特征是，所述螺旋电极(6)为金属材料，盘旋在放电复合腔体(4)内部，呈现上宽下窄螺旋排布，螺旋电极(6)表面设有导流凹槽(6-1)。

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