CN114698221A - 一种采用旋转电极的滑动弧放电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用旋转电极的滑动弧放电装置，包括旋转电极、固定电极、导电滑环、电机以及电源。旋转电极置于固定电极内。旋转电极与固定电极间存在间隙。随着电机的旋转，旋转电极与固定电极之间的间隙大小会发生变化。电源接通之后，在电极的最小间隙处，产生电弧放电。待处理气体从固定电极进入，电弧在气流及旋转电极的共同作用下，沿旋转电极表面移动，形成滑动的电弧。电弧放电具有能量密度高的特点，本发明可以有效提高处理效率以及处理量。

Description

一种采用旋转电极的滑动弧放电装置

技术领域

本发明涉及低温等离子技术领域，具体而言是一种采用旋转电极的滑动弧放电装置。

背景技术

滑动弧放电是一种常压下的低温等离子体发生方式。一方面，滑动弧放电的主要能量消耗在非平衡区域，总体上表现为显著的低温等离子体特性，具有良好的化学选择性和较低的能耗。另一方面，滑动弧放电也具有高温等离子体的一些特性。相对于其他低温等离子体发生方式，滑动弧放电不需抑制电流和电压，具有更大的能量密度，促进化学反应的进行。目前，滑动弧等离子体已经初步应用于能源转化和环境治理领域，主要包括降解气态污染物，处理有机废水、合成气制取等方面。

现有的滑动弧放电装置的形式主要有3种，刀刃式、旋转滑动弧、龙卷风式滑动弧。

刀刃式滑动弧放电装置由若干刀片构成放电电极，结构简单。但是其所形成的等离子体区域小，反应气体在反应器中停留的时间短，并且电弧需要不断的重复从击穿起弧到电弧拉长至最后熄灭的过程,电弧稳定性差，处理效果有限。

旋转滑动弧放电装置一般采用锥形内电极，气流从环形空腔通过切向进气口进入反应器内形成旋转气流；外电极外部可加载磁场，形成磁驱动滑动弧等离子体，在不改变气流速度的情况下可控制电弧的旋转速度，从而形成稳定的等离子体区域，延长气流在等离子体区域的停留时间。但是，此种反应器为减小进入反应器的气流对电弧的影响，需要将气流速度控制在很低水平，影响了处理效率。

龙卷风式滑动弧放电装置，又称为逆向涡流滑动弧放电装置。采用螺旋电极，气流分别从切向及轴向进入反应器，形成逆向涡流场。通过调节气流流速，可以形成较大的，稳定的等离子体区域，从而延长气流在等离子体区域的停留时间。但是，在实际应用中，可能会由于工况变动，导致气流速度变化，影响等离子区域，降低处理效率。

发明内容

根据上述技术问题，而提供一种采用旋转电极的滑动弧放电装置。

本发明采用的技术手段如下：

一种采用旋转电极的滑动弧放电装置，包括固定电极和旋转电极，旋转电极的一端穿入固定电极内，并与固定电极同轴设置，旋转电极的另一端与驱动旋转电极转动的驱动机构连接，且旋转电极的此端套设有导电滑环，电源的一端与固定电极电连接，另一端与导电滑环电连接；电源为直流高压电源、交流高压电源或脉冲高压电源，其高压为3kV以上。驱动机构包括驱动电机和联轴器，驱动电机的输出端通过联轴器与旋转电极连接。驱动电机为可调速电机，带有调速器，通过调整电机转速，调节电弧沿旋转电极表面移动的速度，也同时调整反应器的放电强度。

旋转电极和固定电极之间沿轴向方向上至少具有一个电弧滑动区；在电弧滑动区内的同一径向截面内，固定电极上一点与旋转电极之间的间隙随着旋转电极的转动发生变化，或旋转电极上一点与固定电极之间的间隙随着旋转电极的转动发生变化，且在最小间隙处产生电弧放电，固定电极具有待处理气体入口，待处理气体入口设置在固定电极的轴向方向或固定电极的周向方向。电弧在待处理气体产生的气流及旋转电极的旋转作用下，沿旋转电极表面移动，形成滑动电弧。旋转电极与固定电极之间的间隙为2～10mm。

电弧滑动区内的旋转电极呈锥形，且旋转电极的小端靠近固定电极具有待处理气体入口的一侧，电弧滑动区内的固定电极的内壁具有螺旋缠绕的固定螺旋肋条。

或电弧滑动区内的旋转电极呈圆柱形，且旋转电极的外壁上具有螺旋缠绕的旋转螺旋肋条，电弧滑动区内的固定电极的内壁为光滑内壁。

或电弧滑动区内的旋转电极呈圆柱形，且旋转电极的外壁安装有围绕旋转电极的轴线均匀设置的多个叶片，叶片的外沿呈弧形，电弧滑动区内的固定电极的内壁为光滑内壁。

还可以具有多个电弧滑动区，不同电弧滑动区内的旋转电极的结构相同或不同，不同电弧滑动区内的固定电极的结构相同或不同。旋转电极可以是多组扇叶，或者锥体，或者带有旋转螺旋肋条的圆柱体，以一定间距串联而成。固定电极可以是与旋转电极相配合的光滑内壁、带有固定螺旋肋条的内壁、光滑内壁串联而成。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的目的在于改进滑动弧的发生方式，提高处理效率，改善处理效果。传统的滑动弧产生装置，等离子体区域小，反应气体停留时间短，电弧受进气气流影响大，电弧的稳定性差，导致处理效率低，效果差，影响了在实际中的应用。为了解决这些问题，本发明采用了旋转电极的放电装置，通过电极的旋转，实现了电极间的放电间隙可变，使电弧的产生、维持、移动主要依靠电极的旋转实现，而不依赖于待处理气流，从而可以提高气体的流速。电弧在旋转电极表面的移动速度，可以通过调节电机的转速来实现，使电弧具有了一定的可控性。另外，旋转电极与固定电极的特殊结构，可以在旋转电极上同时产生多个电弧，有助于在固定电极内产生大面积的等离子体区域。

2、随着旋转电极的转动，在固定电极内形成大面积的等离子体区域，延长了待处理气体在等离子体区域内的停留时间，有助于待处理气体与等离子体的充分反应。

基于上述理由本发明可在低温等离子等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中一种采用旋转电极的滑动弧放电装置结构示意图。

图2为本发明实施例2中一种采用旋转电极的滑动弧放电装置结构示意图。

图3为本发明实施例3中一种采用旋转电极的滑动弧放电装置结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，一种采用旋转电极的滑动弧放电装置，包括固定电极1和旋转电极2，旋转电极2的一端穿入固定电极1内，并与固定电极1同轴设置，旋转电极2的另一端与驱动旋转电极2转动的驱动机构连接，且旋转电极2的此端套设有导电滑环3，与导电滑环3的转动侧连接，电源6的一端与固定电极1电连接，另一端与导电滑环3的静止侧电连接，电源6向旋转电极供电；电源6为直流高压电源、交流高压电源或脉冲高压电源，其高压为3kV以上。本实施例中采用交流高压电源，放电电压为6kV，电流限制为200mA。驱动机构包括驱动电机5和联轴器4，驱动电机5的输出端通过联轴器4与旋转电极2连接。驱动电机5为可调速电机，带有调速器，通过调整电机转速，调节电弧沿旋转电极表面移动的速度，也同时调整反应器的放电强度。本实施例中转速设为15rpm。

旋转电极2和固定电极1之间沿轴向方向上至少具有一个电弧滑动区，本实施例中为一个；固定电极1具有待处理气体入口，待处理气体入口设置在固定电极1的轴向方向或固定电极1的周向方向。电弧滑动区内的旋转电极2呈锥形，且旋转电极2的小端靠近固定电极1具有待处理气体入口的一侧，电弧滑动区内的固定电极1的内壁具有螺旋缠绕的固定螺旋肋条7。在电弧滑动区内的同一径向截面内，旋转电极2上一点与固定电极1之间的间隙随着旋转电极2的转动发生变化，且在最小间隙处产生电弧放电，电弧在待处理气体产生的气流及旋转电极2的旋转作用下，沿旋转电极2表面移动，形成滑动电弧。旋转电极2与固定电极1之间的间隙为2～10mm。本实施例中在一个径向截面内，旋转电极2上的一点在转动过程中在此点贴近固定螺旋肋条7时，为最小间隙处，在此处产生电弧放电，电弧在待处理气体产生的气流及旋转电极2的旋转作用下，沿旋转电极2表面移动，形成滑动电弧。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的不同之处在于电弧滑动区内的旋转电极2呈圆柱形，且旋转电极2的外壁上具有螺旋缠绕的旋转螺旋肋条8，电弧滑动区内的固定电极1的内壁为光滑内壁。在电弧滑动区内的同一径向截面内，固定电极1上一点与旋转电极2之间的间隙随着旋转电极2的转动发生变化，旋转螺旋肋条8运动到此点处时为最小间隙处，在此处产生电弧放电，电弧在待处理气体产生的气流及旋转电极2的旋转作用下，沿旋转电极2表面移动，形成滑动电弧。

实施例3

如图2所示，本实施例与实施例1的不同之处在于电弧滑动区内的旋转电极2呈圆柱形，且旋转电极2的外壁安装有围绕旋转电极的轴线均匀设置的多个叶片9，叶片的外沿呈弧形，电弧滑动区内的固定电极1的内壁为光滑内壁。固定电极1上一点与旋转电极2之间的间隙随着旋转电极2的转动发生变化，叶片9的叶片端部运动到此点处时为最小间隙处，在此处产生电弧放电，电弧在待处理气体产生的气流及旋转电极2的旋转作用下，沿旋转电极2表面移动，形成滑动电弧。

在实施例1～3的基础上，本发明可以采用多个电弧滑动区，每个电弧滑动区可以采用多组叶片的形式进行间隔串联。也可以采用不同的电弧滑动区采用不同的旋转电极结构和固定电极结构，如其中一段采用固定电极1的结构为固定螺旋肋条7，旋转电极2采用锥形，其中一段采用固定电极1为光滑内壁，旋转电极2采用旋转螺旋肋条8，其中一段采用固定电极1为光滑内壁，旋转电极2采用叶片9等方式进行组合排列。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种采用旋转电极的滑动弧放电装置，其特征在于，包括固定电极和旋转电极，所述旋转电极的一端穿入所述固定电极内，并与所述固定电极同轴设置，所述旋转电极的另一端与驱动所述旋转电极转动的驱动机构连接，且所述旋转电极的此端套设有导电滑环，电源的一端与所述固定电极电连接，另一端与所述导电滑环电连接；

所述旋转电极和所述固定电极之间沿轴向方向上至少具有一个电弧滑动区；在所述电弧滑动区内的同一径向截面内，所述固定电极上一点与所述旋转电极之间的间隙随着旋转电极的转动发生变化，或所述旋转电极上一点与所述固定电极之间的间隙随着旋转电极的转动发生变化，且在最小间隙处产生电弧放电，所述固定电极具有待处理气体入口，电弧在待处理气体产生的气流及所述旋转电极的旋转作用下，沿所述旋转电极表面移动，形成滑动电弧。

2.根据权利要求1所述的一种采用旋转电极的滑动弧放电装置，其特征在于，所述旋转电极与所述固定电极之间的间隙为2～10mm。

3.根据权利要求1所述的一种采用旋转电极的滑动弧放电装置，其特征在于，具有多个所述电弧滑动区，不同所述电弧滑动区内的所述旋转电极的结构相同或不同，不同所述电弧滑动区内的所述固定电极的结构相同或不同。

4.根据权利要求1或3所述的一种采用旋转电极的滑动弧放电装置，其特征在于，所述电弧滑动区内的所述旋转电极呈锥形，且所述旋转电极的小端靠近所述固定电极具有所述待处理气体入口的一侧，所述电弧滑动区内的所述固定电极的内壁具有螺旋缠绕的固定螺旋肋条。

5.根据权利要求1或3所述的一种采用旋转电极的滑动弧放电装置，其特征在于，所述电弧滑动区内的所述旋转电极呈圆柱形，且所述旋转电极的外壁上具有螺旋缠绕的旋转螺旋肋条，所述电弧滑动区内的所述固定电极的内壁为光滑内壁。

6.根据权利要求1或3所述的一种采用旋转电极的滑动弧放电装置，其特征在于，所述电弧滑动区内的所述旋转电极呈圆柱形，且所述旋转电极的外壁安装有围绕所述旋转电极的轴线均匀设置的多个叶片，所述叶片的外沿呈弧形，所述电弧滑动区内的所述固定电极的内壁为光滑内壁。

7.根据权利要求1所述的一种采用旋转电极的滑动弧放电装置，其特征在于，所述待处理气体入口设置在所述固定电极的轴向方向或所述固定电极的周向方向。

8.根据权利要求1所述的一种采用旋转电极的滑动弧放电装置，其特征在于，所述电源为直流高压电源、交流高压电源或脉冲高压电源，其所述高压为3kV以上。

9.根据权利要求1所述的一种采用旋转电极的滑动弧放电装置，其特征在于，所述驱动机构包括驱动电机和联轴器，所述驱动电机的输出端通过所述联轴器与所述旋转电极连接。

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