CN204122251U - 旋转电极的放电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于低温等离子体应用技术领域，涉及旋转电极的放电装置。该装置包括叶轮、旋转电极、固定电极和电机，旋转电极设置在电机和固定电极之间，旋转电极固定在叶轮上，或者固定在电机转轴上，电机驱动叶轮和旋转电极运动。在旋转电极和固定电极之间加高电压，两组电极之间产生电晕放电。由于电机带动旋转电极运动，电晕也随之旋转，划出大体积等离子体区域，等离子体均匀分布于两电极之间的整个气流通道，因此，可应用于空气净化器中，使净化处理不留死角。并且，旋转电极可大幅降低臭氧产率，并延长不对称电极的寿命。

Description

旋转电极的放电装置

技术领域

本实用新型涉及低温等离子体技术领域，具体涉及旋转电极的放电装置。

背景技术

近年来，环境恶化问题的日益突出，低温等离子体技术在环保方面的应用也越来越受关注，等离子体有机废气净化、等离子体废水净化、等离子体汽车尾气净化和等离子体除甲醛、TVOC和PM2.5等相关技术和产品开发受到空前的重视。

石化燃料燃烧产生的PM2.5和室内装修装修带来甲醛、TVOC污染，日益成为严重影响人民生活质量的重要因素。而以家装污染为例，以甲醛为首的挥发性有机气体在室内空气中的存在，严重危害着人们的身体健康，这些气体的存在可引起呼吸系统、神经系统、生殖系统等方面的疾病。少量短期的吸入会引起头晕、头疼、恶心、胸闷、乏力、意识模糊、记忆力减退、思维及判断力降低等症状；若长期大量的吸入会导致鼻腔、口腔、皮肤和消化道的癌症，导致新生儿畸形，并影响骨髓造血机能而引起白血病，人类有70％的病症与这些室内的污染物相关，90％以上的幼儿白血病都是由室内的污染气体所引起的。

为了改善室内空气品质，人民正在尝试采用各种各样的方法：

(1)植物生态法：绿色植物对室内环境有一定改善作用，吊兰、芦荟等植物可清除甲醛，但绿色植物净化空气存在见效慢和吸收疲劳，一段时间后不再发挥作用，花粉存在会形成新的污染，此外植物夜间呼吸作用会引起植物与人呼吸争氧，不能去除PM2.5，目前，室内种植绿色植物，对于净化空气只是一种辅助手段。

(2)物理吸附法：活性炭、沸石等吸附型材料可有效吸附污染物，目前市场上存在的空气净化器多数就是利用此技术。但是吸附材料存在饱和现象，仅是将污染物进行转移，吸附若干周期将不再发挥作用，如果频繁的更换，将会产生巨大的成本支出。目前，市场上的大部分空气净化器均采用物理吸附和过滤技术，因此，吸附和过滤效果存在快速衰减的问题，后期需要频繁更换吸附和过滤材料，使用成本高，且过滤材料气阻大，能耗也较高，也无法过滤0.3微米以下尘埃，还会产生二次污染。

(3)臭氧氧化法：利用臭氧的强氧化性净化空气，可清除空气中的有害成分，可适用于中度、轻度污染；但臭氧本身就是有害的物质，并且采用此技术对居室进行治理时，人要暂时离开房间，所以，只适用于无人场所，也不能除尘。

(4)低温等离子体净化法：利用电晕放电产生非平衡态等离子体，其中有大量活性粒子和自由基作用于甲醛等污染物，使之分解，并可让PM2.5带电而在电场中被电极收集，从而净化空气。低温等离子体净化作用具有以下优点：(a)无衰减—在寿命期内净化效果几无衰减；(b) 无需耗材—阳极可清洗，反复使用；(c)能耗低—气阻小，电机功率低；(d)净化彻底—除Pm2.5、杀菌、除甲醛和TVOC一步到位，对0.3微米以下的尘埃也有非常好的净化效果（e）无二次污染—病毒和细菌均被杀灭，不是收集。因此，等离子体空气净化法正被日益受到广大空气净化人士的关注。

然而，为了产生电晕放电，需要采用不对称电极放电结构。目前，已公开的电晕放电装置均采用固定电极结构，即电子发射射电极是尖细或纤薄结构，另一个电极一般是板型结构。对于固定电极的电晕放电装置存在以下问题：（1）由于放电点始终在尖细处，尖细的放电电极容易被烧蚀掉，这是导致放电极寿命短的根本原因；（2）由于尖细处的局域放电，另一板型电极周围并没有产生高密度等离子体，而气流往往是平流过两组放电电极之间的空间，因此，靠近板型电极的空气并未能被等离子体充分净化就离开等离子体发生器，空气净化不彻底；（3）尖细处电极的局域放电较强，导致臭氧产率太高。正是这些问题，限制了等离子体空气净化技术更广泛应用于空气交货产品中。尤其是为了控制臭氧产率，只好大幅降低放电功率，导致净化效果打折扣，这也是市场上部分等离子体空气净化器要采用等离子体与吸附和过滤复合技术的原因，依然摆脱不了对耗材的依赖。

采用脉冲放电方式替代直流放电和增大气流速度，均可有效降低臭氧产率，并能延长阴极寿命。放电频率低于20kHz时，臭氧产率较高，脉冲频率高于40kHz时，才能有效抑制臭氧的产生，延长阴极寿命，并且，相同放电功率条件下，频率越高，臭氧产率越低，阴极寿命越长。然而，超高频高压脉冲电源的制造难度大、成本高、体积大、可靠性差、能效和寿命偏低，同时实现10kV和50kHz以上的电压和频率是非常困难，因而，即使承受高频高压电源的高成本，希望通过提高电源频率进一步抑制臭氧产率和延长阴极寿命的空间非常有限，大大限制了其广泛应用。相同放电功率条件下的气流速度越大，臭氧产率越低，阴极寿命越长，但是，气流速度太大，一方面需要大功率强力风机，大大增加能耗，另一方面，气流速度过快，在等离子体区停留时间过于短暂，使气体净化处理不彻底。

发明内容

本实用新型的目的在于不增加气流速度和能耗，也不采用高成本的超高频高压脉冲电源的前提下，解决上述等离子体空气净化方法存在的尖细或纤薄结构阴极寿命短、等离子体不均匀和阴极附近臭氧产率过高的问题，既要获得均匀的大面积等离子体，又要抑制臭氧产率，还要减少阴极的快速烧蚀。为了解决这些问题，本实用新型采用了旋转电极的放电装置，通过旋转的阴极实现超高频脉冲放电和相对高速的气流：将旋转电极设置在离心风机、轴流风机、横流风机的风轮上，或者固定在离心风机或者轴流风机的转轴上，电机驱动电极旋转，使放电点不会长时间停留在旋转电极的一个点上，而是随风轮旋转在电极的尖端上滑动，因而利于保护电极，并且可以产生大面积均匀的等离子体；一方面旋转的电极使尖端附近的电晕弥散开，利于降低尖端温度和臭氧发生率，也降低了电极的烧蚀速度，另一方面旋转的电极可获得大面积均匀等离子体，充满整个进气截面，避免了空气从无等离子体区“逃逸”的可能。

本实用新型设计的旋转电极的放电装置，包括叶轮1、旋转电极2、固定电极3和电机4，旋转电极2设置在叶轮1和固定电极3之间，旋转电极2固定在电机4的转轴上，或者固定在叶轮1上，旋转电极2与电机4或者叶轮1的金属轴承保持良好电气连接，在旋转电极2与固定电极3之间加高电压，两组电极之间产生电晕放电，电机4驱动叶轮1和旋转电极2高速旋转，高速旋转的旋转电极2带动电晕旋转，使电晕放电产生的等离子体均匀分布于两组电极之间的整个气流截面，气流在经过电晕放电区时，有机污染物被等离子体中的高能粒子分解成无害物质，颗粒物会带上电荷，带电颗粒易于被高电场集尘器收集，或者被其他表面吸附。

优选地，所述的旋转电极2设置在电机4的转轴上，或者固定在叶轮1上，旋转电极2与电机4的金属轴承保持良好电气连接。最紧凑的设计就是将旋转电极2设置在金属叶轮上，直接解决了电极旋转和电气连接问题。作为放电的一个电极，连接电机轴，因此，可连接地线，确保安全。

优选地，所述旋转电极2是在旋转运动的状态下对固定电极3放电的。传统放电装置都采用双固定电极结构，放电点长时间停留在尖端电极固定点上，热量和离子溅射集中在尖端上，使电极尖端烧蚀率高，极易于钝化而导致放电停止或流注微放电，放电均匀性劣化、臭氧产率大幅上升。而旋转电极则可使放电点运动起来，利于降低尖端的平均热量累积和离子溅强度，从而降低电极尖端烧蚀速率，并且，旋转电极可使放电更均匀，使处理不留死角，这些是双固定电极的放电装置难以做到的。

优选地，所述旋转电极2是由细金属丝网或者导电纤维丝网制成，气阻极低。不管旋转电极设置在叶轮上还是设置在电机轴上，气流都需要流经旋转电极，因此，旋转电极必须有良好透气性，其存在不应显著增大气流通道的气阻。导电丝网制成的旋转电极，不仅有解决了气阻问题，更重要的是，导电丝网边缘的细丝末端是极好的尖端电晕放电电极，有极高的电场增益效应，并且，适度的烧蚀，即使细丝末端变短，也不改其尖锐度，不会影响电晕放电稳定性。在寿命、放电稳定性、臭氧产率和抑制微放电等方面，导电丝网电极均显著优于传统的电晕电极，包括易断的细金属丝电极、易钝化的锯齿和针尖电极、易形成缺口的薄带状电极。

优选地，所述的旋转电极2与固定电极3之间的间距在8-90mm之间。由于采用了细金属丝的旋转电极，细金属丝直径很小，细丝末端电场增益效应极高，因此，旋转电极2与固定电极3之间的间距可以缩小到8mm，也不易产生微弧放电现象，旋转电极2与固定电极3之间的间距可以扩大到90mm，也不需要很高的放电电压，大大地拓宽了放电装置的应用范围。

优选地，所述的固定电极3是导电栅网或者金属片制成。固定电极3垂直于气流方面设置时，气流需要通过固定电极3时，如图1和图2所示，固定电极3必须采用超低气阻的导电栅栏网结构；当固定电极3与气流方向相切时，如图3和图5所示，固定电极3既可以采用超低气阻的导电栅栏网制作，也可以采用金属片制作成集尘电极。

优选地，所述的旋转电极2和固定电极3放电结构设置在电机4的前方或者后方。旋转电极2和固定电极3必须设置在电机4的同一侧，对于如图1所示的轴流风机驱动旋转电极的放电装置，旋转电极2和固定电极3既可能设置在进气一侧，也可设置在出风一侧。

优选地，所述的旋转电极2具有旋转对称性比如设置在一个圆平面上，或者设置在一个圆柱面上。旋转电极2不管是采用带状丝网制成还是采用丝网圆片制成，所构成的旋转电极2整体必须具有旋转对称性，确保其可高速运动而不产生震动或较大的噪音。

优选地，所述的固定电极3具有与旋转电极2相对应的结构形态，二者同是平面形，或者同是圆弧形设计。平面形的旋转电极2对应平面形的固定电极3，二者平行设置；圆筒形的旋转电极2对应圆筒形或者圆弧形固定电极3，二者同轴设置。

优选地，所述的固定电极3可采用半圆筒形金属片制成，充当集尘电极。对于需要集尘的应用领域，可采用如图3和图5所示的放电装置和应用示例，由于固定电极3与气流方向相切，气流无需穿过固定电极板，因此，可采用无孔金属片制成固定电极3，使其具有集尘功能。

附图说明

图1 轴流风机驱动旋转电极的放电装置示意图。

图2 离心风机驱动旋转电极的放电装置示意图。

图3 贯流风机驱动旋转电极的放电装置示意图。

图4 丝网电极示意图。

图5 旋转电极的放电装置装进塔扇中的实施例。

图中1-风轮，2-阴极，3-阳极，4-电机。

具体实施方式1

本实用新型具体实施例1的轴流风机驱动旋转电极的放电装置，其结构示意图如图1所示。

旋转电极2是由9条带状丝网电极平行设置在金属圆环上的圆平面结构，圆形的旋转电极2与叶轮1直径相同，通过金属圆环固定在叶轮1上；旋转电极2上的带状丝网电极间隔10mm，固定电极3是栅栏结构的风扇金属防护网，直径大于叶轮直径；旋转电极2与固定电极3的间距为20mm，驱动电压为8kV，电晕放电额定功率为10W；电机4的额定功率为60W，设有高速、中速和低速三档,转速在1200-1800r/m之间，高速档的送风距离达8米以上，风量800m³/h，低速档也达5米以上，风量400m³/h。 

具体实施方式2

本实用新型具体实施例2的离心风机驱动旋转电极的放电装置，其结构示意图如图2所示。

旋转电极2是由9条带状丝网电极平行设置在金属圆环上的圆平面结构，圆形的旋转电极2与叶轮1直径相同，通过金属圆环固定在叶轮1上；旋转电极2上的带状丝网电极间隔10mm，固定电极3是栅栏结构的风扇金属防护网，直径大于叶轮直径；旋转电极2与固定电极3的间距为20mm，驱动电压为8kV，电晕放电额定功率为10W；电机4的额定功率为90W，设有高速、中速和低速三档,转速在1200-2400r/m之间，高速档的送风距离达10米以上，风量600m³/h，低速档也达5米以上，风量400m³/h。

具体实施方式3

本实用新型具体实施例3是将贯流风机驱动旋转电极的放电装置应用于塔扇中，放电装置的局部结构示意图如图3所示，塔扇的整体示意图如图5所示。

旋转电极2是螺旋缠绕于横流风机的风轮1上的一条金属丝网带，金属带相邻螺旋环之间的间距为10mm，旋转电极2与风轮1的轴承保持电气接触，螺旋状的旋转电极2两端均固定在风轮1上；电机4的额定功率为180W，设有高速、中速和低速三档,转速在1600-2400r/m之间，高速档的送风距离达15米以上，风量3000m³/h，低速档也达10米以上，风量1800m³/h；固定电极3是由0.3mm厚度不锈钢片制成的五分之二圆筒面集尘板，固定电极3与高压电源有触点保持电气连接，固定电极集尘板可拆洗；旋转电极2与固定电极3的间距为20mm，驱动电压为8kV，电晕放电额定功率为10W。

Claims (10)

1.旋转电极的放电装置，包括叶轮（1）、旋转电极（2）、固定电极（3）和电机（4），旋转电极（2）设置在叶轮（1）和固定电极（3）之间，旋转电极（2）固定在电机（4）的转轴上，或者固定在叶轮（1）上，旋转电极（2）与电机（4）或者叶轮（1）的金属轴承保持良好电气连接，在旋转电极（2）与固定电极（3）之间加高电压，两组电极之间产生电晕放电，电机（4）驱动叶轮（1）和旋转电极（2）高速旋转，高速旋转的旋转电极（2）带动电晕旋转，使电晕放电产生的等离子体均匀分布于两组电极之间的整个气流截面，气流在经过电晕放电区时，有机污染物被等离子体中的高能粒子分解成无害物质，颗粒物会带上电荷，带电颗粒易于被高电场集尘器收集，或者被其他表面吸附。

2.根据权利要求1所述的旋转电极的放电装置，其特征在于所述的旋转电极（2）设置在电机（4）的转轴上，或者固定在叶轮（1）上，旋转电极（2）与电机（4）的金属轴承保持良好电气连接。

3.根据权利要求1所述的旋转电极的放电装置，其特征在于所述旋转电极（2）是在旋转运动的状态下对固定电极（3）放电的。

4.根据权利要求1所述的旋转电极的放电装置，其特征在于所述旋转电极（2）是由细金属丝网或者导电纤维丝网制成，气阻极低。

5.根据权利要求1所述的旋转电极的放电装置，其特征在于所述的旋转电极（2）与固定电极（3）平行设置，二者之间的间距在8-90mm之间。

6.根据权利要求1所述的旋转电极的放电装置，其特征在于所述的固定电极（3）是导电栅网或者金属片制成。

7.根据权利要求1所述的旋转电极的放电装置，其特征在于所述的旋转电极（2）和固定电极（3）放电结构设置在电机（4）的前方或者后方。

8.根据权利要求1所述的旋转电极的放电装置，其特征在于所述的旋转电极（2）具有旋转对称性，比如设置在一个圆平面上，或者设置在一个圆柱面上。

9.根据权利要求1所述的旋转电极的放电装置，其特征在于所述的固定电极（3）具有与旋转电极（2）相对应的结构形态，二者同是平面形，或者同是圆弧形设计。

10.根据权利要求1所述的旋转电极的放电装置，其特征在于所述的固定电极（3）可采用半圆筒形金属片制成，充当集尘电极。