CN114364113A - 一种放电电极结构和等离子体发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种放电电极结构和等离子体发生装置，放电电极结构包括至少一个放电单元，放电单元包括：绝缘层；内置电极，设置在绝缘层的内表面上；和/或外置电极，设置在绝缘层的外表面上；其中，待净化空气从内表面通过时，内置电极得电后能够在内表面上放电以吸附待净化空气中的气态污染物；待净化空气从外表面通过时，外置电极得电后能够在外表面上放电以吸附待净化空气中的气态污染物。基于本发明的技术方案，内置电极与外置电极能够同时放电，这样绝缘层的内外表面同时形成放电表面。从而增加了待净化空气与放电电极结构的接触面积和接触时间。解决了相关技术中净化空气中的有机污染物效果较差的问题。

Description

一种放电电极结构和等离子体发生装置

技术领域

本发明涉及除尘装置技术领域，特别地涉及一种放电电极结构和等离子体发生装置。

背景技术

目前，随着污染加剧，各种空气净化技术营运而生，净化技术无外乎两大类，一类是需要消费者不断更换净化部件的耗材型，一类是不需要消费者更换的无耗材型。耗材型前期价格便宜，使用过程中的费用较高，无耗材型前期成本较高，单后期不需要消费者再投入费用。总体来说，无耗材型净化技术的成本更低，更节能环保，符合国家节能环保的理念要求。但是，现有无耗材型净化技术基本都不能用于去除汽车尾气，烟气体等有机污染物的净化需求。

以上也就是说，相关技术中的除尘装置存在净化空气中的有机污染物效果较差的问题。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种放电电极结构，解决了除尘装置净化空气中的有机污染物效果较差的问题。

本发明的放电电极结构，放电电极结构包括至少一个放电单元，放电单元包括：绝缘层；内置电极，设置在绝缘层的内表面上；和/或外置电极，设置在绝缘层的外表面上；其中，待净化空气从内表面通过时，内置电极得电后能够在内表面上放电以吸附待净化空气中的气态污染物；待净化空气从外表面通过时，外置电极得电后能够在外表面上放电以吸附待净化空气中的气态污染物。

在一个实施方式中，当放电电极结构包括多个放电单元时，多个放电单元呈矩阵结构排列。通过本实施方式，设置多个放电单元，多个放电单元能够同时工作，同时去除气态污染物。从而提高了等离子体发生装置的去污效率。

在一个实施方式中，内置电极为导电材料，内置电极呈螺旋状结构或者网状结构。通过本实施方式，螺旋状结构或网状结构能够增加待净化空气与放电电极结构的接触面积和接触时间。进而提高了等离子体发生装置的去污效率，以满足等离子发生体装置高效去除气态污染物的功能要求。

在一个实施方式中，内置电极以缠绕或刻蚀的方式设置在内表面上。

在一个实施方式中，外置电极为导电材料，外置电极呈螺旋状结构或者网状结构。通过本实施方式，螺旋状结构或网状结构能够增加待净化空气与放电电极结构的接触面积和接触时间。进而提高了等离子体发生装置的去污效率，以满足等离子发生体装置高效去除气态污染物的功能要求。

在一个实施方式中，外置电极以缠绕或刻蚀的方式设置在外表面上。

在一个实施方式中，绝缘层的横截面为环状结构。通过本实施方式，环状结构具有内外表面，这样确保内置电极与外置电极能够同时放电，内外表面形成放电表面。从而增加了待净化空气与放电电极结构的接触面积和接触时间。进而提高了等离子体发生装置的去污效率。

在一个实施方式中，内置电极和/或外置电极采用碳纤维或金属导电材料。通过本实施方式，利用碳纤维，即活性碳纤维，其具有比表面积大、微孔数量多、电阻率小和耐腐蚀等特点，这样使得等离子体放电过程中的起晕电压较低，克服了同等条件下等离子体的臭氧浓度高的弊端，进而提高了等离子体发生装置的去污效率。同时，利用碳纤维的柔性特点也方便其设计成任何需要的电极形状，从而降低了电极的制造难度，降低了其制造成本。

在一个实施方式中，还包括固定结构，固定结构与放电单元连接，用于固定放电单元。通过本实施方式，固定结构具有固定作用，用于将放电单元固定在等离子体发生装置内，从而满足放电单元的安装要求，进而确保等离子体发生装置能够正常地工作。

本发明还提供了一种等离子体发生装置，包括电源和上述的放电电极结构，电源与放电电极结构电连接。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

本发明提供的一种放电电极结构和等离子体发生装置，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：

(1)内置电极与外置电极能够同时放电，这样绝缘层的内外表面同时形成放电表面。从而增加了待净化空气与放电电极结构的接触面积和接触时间。进而提高了等离子体发生装置的去污效率，以满足等离子体发生装置高效去除气态污染物的功能要求。并且解决了相关技术中设备去除有机污染物效果较差的问题。另外，本申请设置了内置电极，内置电极和外置电极配合使用，提高了等离子体发生装置的去污效率。

(2)电源为等离子体发生装置提供电能，放电电极结构得电后能够正常地去尘。从而使得等离子体发生装置具有放电去尘的功能，进而确保其能净化空气。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了本发明实施例一的放电电极结构的立体结构示意图(箭头方向为空气进入方向)；

图2显示了图1中的放电电极结构的另一个角度的示意图(俯视视角)；

图3显示了图2中的A-A向剖视图；

图4显示了图3中的B处的放大图；

图5显示了本发明实施例二的放电电极结构的示意图；

图6显示了本发明实施例三的放电电极结构的示意图；

图7显示了本发明实施例四的等离子体发生装置的模块组成示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

附图标记：

10、放电单元；11、绝缘层；12、内置电极；13、外置电极；20、固定结构； 21、上端固定架；22、下端固定架；100、放电电极结构；200、电源。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

需要说明的是，本申请中的放电电极结构为等离子放电电极结构。本申请中的气态污染物包括空气中的有机污染物，包括汽车尾气，烟气体等有机污染物。

需要说明的是，相关技术中无耗材型净化技术去除有机污染物效果不理想，主要原因是放电能量不足，与有机污染物接触面积不够大，接触时间不够长等因素造成。

如图1所示，本发明提供了一种放电电极结构，放电电极结构100包括至少一个放电单元10，放电单元10包括绝缘层11、内置电极12和/或外置电极 13。其中，内置电极12设置在绝缘层11的内表面上。外置电极13设置在绝缘层11的外表面上。当待净化空气从内表面通过时，内置电极12得电后能够在内表面上放电以吸附待净化空气中的气态污染物。当待净化空气从外表面通过时，外置电极13得电后能够在外表面上放电以吸附待净化空气中的气态污染物。

上述设置中，内置电极12与外置电极13能够同时放电，这样绝缘层11的内外表面同时形成放电表面。从而增加了待净化空气与放电电极结构的接触面积和接触时间。进而提高了等离子体发生装置的去污效率，以满足等离子体发生装置高效去除气态污染物的功能要求。并且解决了相关技术中设备去除有机污染物效果较差的问题。

另外，本申请设置了内置电极12，内置电极12和外置电极13配合使用，提高了等离子体发生装置的去污效率。

需要说明的是，与相关技术中的等离子体发生装置相比，本申请中的等离子体发生装置降低了放电电压和放电功耗，从而节约了等离子体发生装置的使用成本。

实施例一

具体地，如图1至图4所示，放电电极结构100包括放电单元10，放电单元 10包括绝缘层11、内置电极12和外置电极13。其中，内置电极12设置在绝缘层11的内表面上，外置电极13设置在绝缘层11的外表面上。

具体地，如图1至图4所示，在一个实施例中，放电电极结构包括多个放电单元10，多个放电单元10呈矩阵结构排列。

上述设置中，设置多个放电单元10，多个放电单元10能够同时工作，同时去除气态污染物。从而提高了等离子体发生装置的去污效率。

可选地，如图1至图4所示，在一个实施例中，多个放电单元10呈6行×4 列的矩阵结构排列。

当然在本申请附图中未显示的替代实施例中，也可以将多个放电单元10设置成其他形式的矩阵结构，比如圆周矩阵或交叉矩阵。其中交叉矩阵可包括“X”或“√”型矩阵。

具体地，如图1至图4所示，在一个实施例中，内置电极12为导电材料，内置电极12呈螺旋状结构。

上述设置在中，螺旋状结构能够增加待净化空气与放电电极结构的接触面积和接触时间。进而提高了等离子体发生装置的去污效率，以满足等离子发生体装置高效去除气态污染物的功能要求。

当然在本申请附图中未显示的替代实施例中，内置电极12也可以设置其他形状的结构，比如网状结构。

具体地，如图1至图4所示，在一个实施例中，内置电极12以缠绕编制的方式设置在内表面上。

当然在本申请附图中未显示的替代实施例中，内置电极12可以刻蚀的方式设置在内表面上。

具体地，如图1至图4所示，在一个实施例中，外置电极13为导电材料，外置电极13呈螺旋状结构。

上述设置中，螺旋状结构能够增加待净化空气与放电电极结构的接触面积和接触时间。进而提高了等离子体发生装置的去污效率，以满足等离子发生体装置高效去除气态污染物的功能要求。

当然在本申请附图中未显示的替代实施例中，外置电极13可以刻蚀的方式设置在外表面上。

具体地，如图1至图4所示，在一个实施例中，绝缘层11的横截面为环状结构。

上述设置中，环状结构具有内外表面，这样确保内置电极12与外置电极13 能够同时放电，内外表面形成放电表面。从而增加了待净化空气与放电电极结构的接触面积和接触时间。进而提高了等离子体发生装置的去污效率。

具体地，如图1至图4所示，在一个实施例中，放电单元10为柱状结构。

当然可根据实际情况，将放电单元10设置为桶状结构。

具体地，如图1至图4所示，在一个实施例中，绝缘层11的横截面为圆环。

当然可根据实际情况，将绝缘层11的横截面设置为三角环或矩形环等其他形状。

需要说明的是，本申请中的横截面是指垂直于绝缘层11中心轴线的截面。

具体地，如图1至图4所示，在一个实施例中，内置电极12和外置电极13 均采用碳纤维。

上述设置中，利用碳纤维，即活性碳纤维，其具有比表面积大、微孔数量多、电阻率小和耐腐蚀等特点，这样使得等离子体放电过程中的起晕电压较低，克服了同等条件下等离子体的臭氧浓度高的弊端，进而提高了等离子体发生装置的去污效率。同时，利用碳纤维的柔性特点也方便其设计成任何需要的电极形状，从而降低了电极的制造难度，降低了其制造成本。

需要说明的是，等离子体放电需要达到一定的起晕电压，不同的电极结构及材料对起晕电压的需求不一样，本发明采用螺旋状的放电结构本身可以降低起晕电压，等离子体电极材料的电阻率越低，线径越细，起晕电压越低。本申请采用螺旋状结构的碳纤维作为电极，极大地降低了起晕电压，也降低了放电对电源的高压要求，同等的放电条件下，降低了起晕电压也就降低了放电过程中的臭氧，从而满足环保要求。

当然可根据实际情况，内置电极12和外置电极13可采用金属导电材料。比如，铜丝。

具体地，如图1至图4所示，在一个实施例中，放电电极结构还包括固定结构20，固定结构20与放电单元10连接，用于固定放电单元10。

上述设置中，固定结构20具有固定作用，用于将放电单元10固定在等离子体发生装置内，从而满足放电单元10的安装要求，进而确保等离子体发生装置能够正常地工作。

具体地，如图1至图4所示，在一个实施例中，固定结构20包括上端固定架21和下端固定架22，上端固定架21与下端固定架22相对设置，放电单元10 固定在上端固定架21与下端固定架22之间。

实施例二

实施例二与实施例一的不同之处在于：

具体地，如图5所示，在一个实施例中，放电电极结构包括12个放电单元 10。其中，分成两行，每行6个，两行放电单元10错位设置。

实施例二与实施例一中的其他结构相同，此处不再赘述。

实施例三

实施例三与实施例一的不同之处在于：

具体地，如图6所示，在一个实施例中，放电单元10的形状为三棱柱，其横截面为三角形环。

当然可根据实际情况，可将放电单元10设置成四棱柱或六棱柱等其他棱柱形状。

具体地，如图6所示，在一个实施例中，放电电极结构包括20个放电单元 10。其中，分成两行，第一行包括9个放电单元10，第二行包括11个放电单元 10。每行放电单元10中相邻的两个放电单元10同向设置，并形成一个倒置的三角形形状的插接口。一个放电单元10倒置插设在插接口内。

实施例三与实施例一中的其他结构相同，此处不再赘述。

实施例四

如图7所示，本发明还提供了一种等离子体发生装置。其包括电源200 和上述实施例一至三中任一项的放电电极结构100，电源200与放电电极结构100 电连接。

上述设置中，电源200为等离子体发生装置提供电能，放电电极结构100得电后能够正常地去尘。从而使得等离子体发生装置具有放电去尘的功能，进而确保其能净化空气。

需要说明的是，本发明通过优选的电极材料(可选用碳纤维)及特殊的结构(可选用螺旋状结构)形式，在小体积，低功耗的条件下，产生高密度的等离子体，用于满足等离子体去除有机污染物的能量要求。同时，优化放电设计能实现两面(绝缘层11的上下表面)同步放电，实现了放电面积大，接触时间长，去除有机污染物效率高，功率低的产品目标。

相关技术中的等离子体产生主要在绝缘层的外表面，空气流经外表面过程中，与等离子体很难长时间接触，而且接触面积也非常小。本发明的等离子体发生装置采用内层螺旋状的碳纤维作为第一电极，中间采用绝缘材料，绝缘材料的外层可采用导电材料制成放电结构，其构成最基本的等离子体放电单元体 (放电单元10)。

本发明的等离子体放电单元体可以采用桶状，圆柱状，棱柱等各种形状，只要能实现在几何形状的内部放电都在本发明的保护范围。本发明优选圆柱状放电结构。

本发明的内置电极12采用活性碳纤维，利用活性碳纤维的比表面积大、微孔数量多、电阻率小、耐腐蚀等特点，满足等离子体放电过程中的起晕电压低，实现了同等条件下臭氧浓度低，功率低。同时，利用碳纤维的柔性特点也方便设计成任何需要的电极形状。

需要说明的是，其它类似能达到碳纤维性能的导电材料及金属材料也都可以用于本发明的内置电极12，本申请中优选选用碳纤维材料或者采用纳米级金属丝材料。

本发明采用单根直径0.07纳米的碳纤维束状结构，本发明中碳纤维中的一束包含50-1000根碳纤维丝，碳纤维采用螺旋状的结构设置在绝缘层11的内表面，也可以采用交叉编织方式布置在绝缘层11的内表面。本发明的内置电极12也可以采用纳米级的金属丝编制的金属网或者纳米导电材料刻蚀在绝缘层11的内表面作为第一电极。

本发明的最外层是布置在绝缘层11外侧(外表面)的导电材料，此导电材料可以采用金属网状结构，可以采用螺旋状缠绕在绝缘层11的外侧，也可以是采用类似材料实现的纳米级雕刻。

本发明内外电极优选碳纤维材料，碳纤维材料采用螺旋状缠绕，单个等离子体单元(放电单元10)采用柱状体的放电方式。

本发明采用阵列方式，分别采用横向(图2中的第一方向)，纵向(图 2中的第二方向)及交叉阵列等各种组合方式，可以满足任何形状及体积的应用。螺旋状结构的电极单根放电直径可以达到0.08mm，非常细，为了增加保护点，可设置交叉阵列，为了增大面积可采用编制形式。

本发明需要污染空气(待净化空气)从等离子体发生装置内部通过，污染空气与装置内部的等离子体高效接触，提高了等离子体与污染空气的接触面积及时间，大大提高了对空气中有机污染物的净化效果。

本申请中的放电电极结构及等离子体发生装置具有以下特点：

1、放电面内置设置，内置的放电电极采用纳米级纤维，纳米纤维设置在绝缘层内部，外表面放电电极采用导电材料，整个放电装置形成一个个小型的放电单位(放电单元10)，多组放电单元交错设置形成大面积，大体积的放电装置。

2、内置放电电极(内置电极12)设置在绝缘层11内部，内置放电电极优选纳米级材料，本发明选用放电表面积大，放电极表面有很多微孔的碳纤维材料作为内置电极；

3、内置放电电极优选等间距的螺旋状结构设置，也可以是采用网状或者其它交错形式的网格等，主要是在内表面形成错综复杂的放电面；

4、外置电极13采用金属材料或者类似金属材料的放电材料，材料可以是编织的金属网或者刻蚀方式形成外置放电表面，内外放电表面之间采用一定厚度的耐高压击穿的绝缘层11，优选聚四氟乙烯，绝缘层11的厚度优选为10纳米；

5、碳纤维选择纳米级的纤维丝组成的纤维束作为电极，单根纤维丝选择纳米尺度，表面光滑，粗细均匀纤维丝，优选1束包含50根碳纤维丝形成螺旋状的内置电极12；

6、采用交流变频电源，放电电压300V至2000V，频率在5khz至35khz范围内；

7、污染空气(待净化空气)优选从内表面通过，采用沿着柱状体内腔流动的空气流；

8、污染空气也可以同时从内部外部流过放电体内外表面；

9、单个放电单元10可以单独使用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”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。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种放电电极结构，其特征在于，所述放电电极结构包括至少一个放电单元，所述放电单元包括：

绝缘层；

内置电极，设置在所述绝缘层的内表面上；

和/或外置电极，设置在所述绝缘层的外表面上；

其中，待净化空气从所述内表面通过时，所述内置电极得电后能够在所述内表面上放电以吸附所述待净化空气中的气态污染物；待净化空气从所述外表面通过时，所述外置电极得电后能够在所述外表面上放电以吸附所述待净化空气中的气态污染物。

2.根据权利要求1所述的放电电极结构，其特征在于，当所述放电电极结构包括多个所述放电单元时，多个所述放电单元呈矩阵结构排列。

3.根据权利要求1所述的放电电极结构，其特征在于，所述内置电极为导电材料，所述内置电极呈螺旋状结构或者网状结构。

4.根据权利要求3所述的放电电极结构，其特征在于，所述内置电极以缠绕或刻蚀的方式设置在所述内表面上。

5.根据权利要求1所述的放电电极结构，其特征在于，所述外置电极为导电材料，所述外置电极呈螺旋状结构或者网状结构。

6.根据权利要求5所述的放电电极结构，其特征在于，所述外置电极以缠绕或刻蚀的方式设置在所述外表面上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的放电电极结构，其特征在于，所述绝缘层的横截面为环状结构。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的放电电极结构，其特征在于，所述内置电极和/或所述外置电极采用碳纤维或金属导电材料。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的放电电极结构，其特征在于，还包括固定结构，所述固定结构与所述放电单元连接，用于固定所述放电单元。

10.一种等离子体发生装置，其特征在于，包括电源和如权利要求1至9中任一项所述的放电电极结构，所述电源与所述放电电极结构电连接。

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