CN205616578U - 一种放电电极 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种放电电极，在高压脉冲条件下能够在液体中放电从而破碎液体中的硅材料，所述放电电极包括：相对设置的两个固定支架、设置在两个固定支架之间的水平电极架板、以及设置在水平电极架板上的两个对称布置的电极，其中，电极架板能够在两个固定支架之间沿竖直方向移动，以调节两个电极的高度；两个电极中的至少一个能够沿电极架板水平移动，以调节两个电极的间距。本实用新型所述放电电极的正、负电极的间距和高度均可调。

Description

一种放电电极

技术领域

本实用新型涉及硅生产技术领域，具体涉及一种在高压脉冲条件下能够在液体中放电从而破碎液体中的硅材料的放电电极。

背景技术

硅材料(尤其是多晶硅)作为光伏发电的主要生产原料，伴随着光伏产业的发展，其产量逐年增大。

多晶硅生产通常是先采用化学法生产出硅材料，再将硅材料破碎成满足一定尺寸范围的硅块后，才能用于制造各种光伏产品。然而，长期以来多晶硅行业一直依靠机械破碎法对硅材料进行破碎。机械破碎法分为人工破碎和自动破碎两种方法。人工破碎法指的是使用锤子(或其他硬质工具)将硅材料敲碎，然后筛分包装的一种方法。自动破碎法指的是采用机械破碎装置(颚式破碎机，冲击锤破碎机等)将硅材料压碎的一种方法。以上两种方法都是使破碎工具与待破碎的硅材料发生机械碰撞并产生压力而使硅材料碎裂的方法。

但是，机械破碎法存在以下弊端：由于破碎工具与硅材料发生机械碰撞，不可避免地会产生金属污染，特别是铁污染会严重降低硅材料的少子寿命；机械破碎过程中不可避免地会产生大量的碎屑和微粉，降低收率，严重影响多晶硅的品质和企业的收益；机械破碎过程中产生的碎屑和微粉会污染环境，危害员工的健康，更细小的粉尘在空气中易燃易爆，会产生很大的安全隐患。

为了解决上述问题，现有技术提出一种利用水电效应在水中发生高压放电并产生强烈的冲击波从而击碎水中的硅材料的方法。其机理主要是利用硅材料被击穿后形成的等离子体通道的力学效应对硅材料造成的破坏效应，以及高压脉冲放电在水中产生 的冲击波对硅材料造成的破坏效应。这种方法具有无污染、无粉尘、效率高等优点，在多晶硅行业有着很好的应用前景。

在利用上述方法形成的实际装置中，放电电极是将高压脉冲直接施加到硅材料上的核心部件，直接决定了整个放电系统产生的破碎效果，而放电电极中的两个正、负电极的间距对硅材料破碎效果有着决定性的影响。由于该装置只针对主流尺寸的硅材料(例如直径为100～150mm的多晶硅棒)而设计，故正、负电极的间距和高度均为固定值。然而，一旦硅材料小于该主流尺寸，那么相对于这一尺寸的硅材料，正、负电极的间距就偏大，导致硅材料不易被击穿；一旦硅材料超过该主流尺寸，那么相对于这一尺寸的硅材料，正、负电极的间距就偏小，导致破碎后的硅材料颗粒太小，效率过低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种正、负电极的间距和高度均可调的放电电极。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供一种放电电极，在高压脉冲条件下能够在液体中放电从而破碎液体中的硅材料，所述放电电极包括：相对设置的两个固定支架、设置在两个固定支架之间的水平电极架板、以及设置在水平电极架板上的两个对称布置的电极，其中，电极架板能够在两个固定支架之间沿竖直方向移动，以调节两个电极的高度；两个电极中的至少一个能够沿电极架板水平移动，以调节两个电极的间距。

可选地，所述电极架板的两个相对的端部分别与两个固定支架可拆卸地连接。

可选地，每个所述固定支架上均设有竖直分布的电极高度调节孔，所述电极架板的两个相对的端部分别设有锁紧螺孔，紧固螺钉穿过固定支架上的电极高度调节孔与电极架板的端部的锁紧螺孔螺纹连接，从而将电极架板的端部固定在固定支架上。

可选地，每个所述固定支架上均设有两个沿竖直方向延伸的电极高度调节孔，该两个电极高度调节孔平行设置且高度相同，所述电极架板的两个相对的端部分别设有与固定支架上的两个电极高度调节孔对应的两个锁紧螺孔。

可选地，所述电极包括电极杆和电极头，所述电极杆竖直设置在电极架板上，其顶端与电极架板可拆卸地连接、底端与电极头的非放电端可拆卸地连接。

可选地，所述电极架板上设有两个沿水平方向延伸的电极间距调节孔，该两个电极间距调节孔排成一条直线；每个所述电极杆的顶端穿过一电极间距调节孔后与紧固螺帽螺纹连接，从而将该电极杆固定在电极架板上；每个所述电极杆的底端设有锁紧螺孔，每个电极头的非放电端设有安装孔，紧固螺钉穿过一电极头的非放电端的安装孔与一电极杆底端的锁紧螺孔螺纹连接，从而将该电极头的非放电端固定在该电极杆的底端。

可选地，每个所述电极杆的顶端设有螺纹孔，高压电缆的一端通过该螺纹孔与所述电极杆连接、另一端与脉冲电压发生器连接。

可选地，每个所述电极杆的中部套有绝缘层。

可选地，所述绝缘层的内径与所述电极杆的外径过盈配合。

可选地，所述放电电极还包括设置于电极架板的上表面和/或下表面且位于两个电极之间的挡块，其用于防止输入至两个电极上的高压脉冲沿电极架板的表面放电。

有益效果：

为应对实际产出的不同直径的硅材料，本实用新型提供一种正、负电极的间距和高度均可调的放电电极，通过调整正、负电极的间距和高度，可以满足高压脉冲放电时破碎不同尺寸的硅材料的要求，适用的破碎尺寸范围更广，确保了能量利用率和生产效率，为生产中出现的实际问题提出了有效的解决方法。而且在破碎过程中还可以随时根据需求调整正、负电极的间距和高度， 以使正、负电极与硅材料保持一定距离，从而进一步保证了破碎效果。此外，本实用新型的放电电极在结构上更简单，还具有工艺独特，易于操作，设备使用寿命长等特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的放电电极的纵剖面示意图；

图2a为本实用新型实施例提供的放电电极中固定支架的左视图；

图2b为本实用新型实施例提供的放电电极中固定支架的主视图；

图3a为本实用新型实施例提供的放电电极中电极架板的俯视图；

图3b为本实用新型实施例提供的放电电极中电极架板的主视图；以及

图4为本实用新型实施例提供的放电电极中电极头的俯视图。

图中：1－固定支架；1a－电极高度调节孔；2－电极架板；2a－锁紧螺孔；2b－电极间距调节孔；2c－挡块；3－绝缘层；4－电极头；4a－安装孔；4b－放电端；5－电极杆。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型实施例提供一种放电电极，其在高压脉冲条件下能够在液体中放电从而破碎液体中的硅材料(如多晶硅)。本实施例中，所述液体为水。

由于多晶硅的质量指标包括表面金属杂质含量，例如电子级多晶硅表面的金属杂质含量要求小于15ppbw(ppbw表示质量比十亿分之一)。由于对多晶硅进行破碎需要将多晶硅放置在水中，而将破碎后的多晶硅从水中捞出后其表面通常会有水份残留，烘 干后其中的金属杂质就会残留在多晶硅的表面上。假设水膜厚度为d，破碎后的多晶硅块的线性尺寸为D，水中金属杂质的浓度为C，则表面金属杂质含量的数值大约是d×C/D，即多晶硅表面(由于水的原因)残留的金属杂质含量和水中的金属杂质浓度成正比，通过采用金属离子含量低的水，可以降低破碎过程中水对多晶硅的污染。

因此，优选地，所述液体为纯水。其中，水的电阻率≥16.2MΩ.cm，SiO₂含量≤10μg/L，Fe含量≤1.0μg/L，Ca含量≤1.0μg/L，Na含量≤20μg/L，Mg含量≤1.0g/L。

如图1所示，所述放电电极包括：相对设置的两个固定支架1、设置在两个固定支架1之间的水平电极架板2、以及设置在水平电极架板2上的两个对称布置的电极(后文中将详细描述)，这两个电极分别为正、负电极，二者的结构相同且对称地安装在电极架板2上。其中，电极架板2能够在两个固定支架1之间沿竖直方向移动，以调节两个电极的高度；两个电极中的至少一个能够沿电极架板2水平移动，以调节两个电极的间距。需要说明的是，本实用新型中所提到的高度均指的是相对于参考面(如地面)的高度，其中电极的高度指的是电极的放电端相对于参考面的高度。

可以看出，本实施例所述放电电极中的正、负电极的间距和高度均可调。正、负电极放电前须精确调整二者放电端的间距，以应对破碎不同尺寸的硅材料的需要，待正、负电极的间距和高度调整好后，通过在正、负电极上施加高压脉冲，就可以对该尺寸的硅材料进行破碎处理，以达到提高生产效率的目的。

本实施例中，两个电极之间的距离由施加在正、负电极上的电压决定。优选地，两个电极之间的距离(cm)等于施加在正、负电极上的电压(kV)除以30(kV)。例如，施加在正、负电极上的电压为100kV，则两个电极之间的距离为3.3cm左右。

其中，电极架板2的两个相对的端部分别与两个固定支架1可拆卸地连接，从而安装在两个固定支架1上。

具体地，如图1所示，电极架板2的左侧端部与右侧端部相对设置，且电极架板2的左侧端部与位于其左侧的固定支架1可拆卸地连接，电极架板2的右侧端部与位于其右侧的固定支架2可拆卸地连接。

在实际应用中，可根据待破碎的硅材料的尺寸预先设定两个电极的放电端高度，再根据这两个电极的放电端的预设高度调节电极架板的高度，待电极架板的高度调节完毕，就将该电极架板的两个相对的端部分别与两个固定支架可拆卸地连接，从而使两个电极的放电端的位置固定，且二者的实际高度符合其预设高度。

可选地，每个固定支架1上均设有竖直分布的电极高度调节孔1a，电极架板2的两个相对的端部分别设有锁紧螺孔2a，紧固螺钉穿过固定支架1上的电极高度调节孔1a与电极架板2的端部的锁紧螺孔2a螺纹连接，从而将电极架板2的端部固定在固定支架1上，并能使电极架板2沿电极高度调节孔1a竖向移动以调整其位置，通过改变电极架板2在固定支架1上的安装位置可以调整两个电极的高度。本实施例中，电极高度调节孔1a为条形通孔。

为了保证固定支架1与电极架板2的连接强度，优选地，如图2a和图2b所示，每个固定支架1上均设有两个沿竖直方向延伸的电极高度调节孔1a，该两个电极高度调节孔1a平行设置且高度相同，如图3a和图3b所示，电极架板2的两个相对的端部分别设有与固定支架1上的两个电极高度调节孔1a对应的两个锁紧螺孔2a。

具体地，电极架板2与两个固定支架1需通过四颗锁紧螺钉螺纹连接，其中，两颗锁紧螺钉分别穿过一个固定支架1上的两个电极高度调节孔1a后与电极架板2的左侧端部的两个锁紧螺孔2a螺纹连接，剩余两颗锁紧螺钉分别穿过另一个固定支架1上的两个电极高度调节孔1a后与电极架板2的右侧端部的两个锁紧螺孔2a螺纹连接。

如图1所示，每个电极均包括电极杆5和电极头4，电极杆5竖直设置在电极架板2上，其顶端与电极架板2可拆卸地连接、 底端与电极头4的非放电端可拆卸地连接。如图4所示，电极头4的非放电端与放电端4b相对设置，且非放电端的端头尺寸大于放电端4b的端头尺寸，从而实现尖端放电。

在实际应用中，可根据待破碎的硅材料的尺寸预先设定两个电极的间距，再根据这两个电极的预设间距(相当于两个电极杆的预设间距)调节两个电极杆的间距，待两个电极杆的间距调节完毕，就将两个电极杆的顶端与电极架板可拆卸地连接，从而使两个电极固定，且二者的实际间距符合其预设间距。

可选地，如图3a和图3b所示，电极架板2上设有两个沿水平方向延伸的电极间距调节孔2b，该两个电极间距调节孔2b排成一条直线；每个电极杆5的顶端穿过一电极间距调节孔2b后与紧固螺帽螺纹连接，从而将该电极杆5固定在电极架板2上，并能使电极杆5沿电极间距调节孔2b水平移动(左右移动)以调整其位置，通过改变电极杆5在电极架板2上的位置可以调整两个电极之间的间距；每个电极杆5的底端设有锁紧螺孔，每个电极头4的非放电端设有安装孔4a，紧固螺钉穿过一电极头4的非放电端的安装孔4a与一电极杆5底端的锁紧螺孔螺纹连接，从而将该电极头4的非放电端固定在该电极杆5的底端。本实施例中，电极间距调节孔2b也为条形通孔。

优选地，电极高度调节孔1a和电极间距调节孔2b的边缘均设有刻度，以方便确定两个电极的高度和间距的调整幅度。

本实施例中，电极杆5为圆柱形结构，其上端部为螺纹杆，该螺纹管穿过一电极间距调节孔2b后通过紧固螺帽固定在电极架板2上；电极杆5的顶端设有螺纹孔，高压电缆的一端通过该螺纹孔与电极杆连接、另一端与脉冲电压发生器连接，从而使电极杆5与脉冲电压发生器电连接，进而使电极头4与脉冲电压发生器电连接。在正、负电极都接到脉冲电压发生器发射的高压脉冲后，依靠电极头放电端4b部分进行尖端放电，在水池(其中装设有硅材料和正、负电极)中引起的压力急剧变化，使水池内发生剧烈的静电高压放电，这种放电产生的强烈冲击波可以瞬间击碎 放置在水池中的硅材料。

电极杆5的中部套有绝缘层3，即绝缘层3为中空圆柱形结构，其套装在电极杆5的中部，以使得电极杆5的中部被绝缘层3覆盖，从而确保两个电极杆5之间不会发生放电现象，优选地，绝缘层3的内径与电极杆5的外径过盈配合，以确保绝缘层3紧密地套在电极杆5上，不会松动。

电极杆5的底端开有锁紧螺孔，通过紧固螺钉将电极头4安装在电极杆5的底端。

此外，所述放电电极还包括设置于电极架板2的上表面和/或下表面且位于两个电极之间(即，位于两个电极杆5之间)的挡块2c，其用于防止输入至两个电极上的高压脉冲沿电极架板的表面放电。

优选地，挡块2c的数量为偶数，其位于两个电极杆5之间，均匀且对称地设置在电极架板2的上表面和下表面上(即，挡块2c在电极架板2的上表面和下表面上均匀分布)。进一步优选地，挡块2c的数量为4块或6块，其中，2块或3块挡块2c设置在电极架板2的上表面上，另外2块或3块挡块2c设置在电极架板2的下表面上。

具体地，如图1、图3a和图3b所示，本实施例中，所述放电电极包括6块挡块2c，其中3块挡块2c均匀地设置在电极架板2的上表面上，另外3块挡块2c均匀地设置在电极架板2的下表面上。

本实施例中，由于两个电极在水中放电产生的物理和化学效应会使电极的材料受损，而电极的材料的密度、硬度、熔化温度越高，其受损程度就越小，因此，电极杆和电极头的材料应选用电流耐受能力强、机械强度强、耐腐蚀的材料。优选地，电极杆和电极头的材料包括不锈钢、钨及其合金、钼及其合金，钛及其合金、碳元素材料，以及上述材料的复合材料等。其中，相对而言，不锈钢材料在大电流情况下耐烧蚀能力较强，且机械强度较大，具有一定的抗冲击能力，故综合各项因素，从成本和加工两 个方面考虑，进一步优选地，电极杆和电极头的材料为不锈钢。优选地，固定支架1、电极架板2和挡块2c的材料为环氧树脂。

本实用新型实施例所述的用于破碎硅材料的放电电极包括结构相同的正、负两个电极，二者对称地安装在电极架板上。可以通过改变电极在电极架板上的位置来调整两个电极之间的间距，以及可以通过改变与电极相连的电极架板在固定支架上的位置来调整两个电极的高度，使得正、负电极的间距和高度均可调，从而保证了破碎的效果，提高了生产效率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种放电电极，在高压脉冲条件下能够在液体中放电从而破碎液体中的硅材料，其特征在于，所述放电电极包括：相对设置的两个固定支架、设置在两个固定支架之间的水平电极架板、以及设置在水平电极架板上的两个对称布置的电极，其中，电极架板能够在两个固定支架之间沿竖直方向移动，以调节两个电极的高度；两个电极中的至少一个能够沿电极架板水平移动，以调节两个电极的间距。

2.根据权利要求1所述的放电电极，其特征在于，所述电极架板的两个相对的端部分别与两个固定支架可拆卸地连接。

3.根据权利要求2所述的放电电极，其特征在于，每个所述固定支架上均设有竖直分布的电极高度调节孔，所述电极架板的两个相对的端部分别设有锁紧螺孔，紧固螺钉穿过固定支架上的电极高度调节孔与电极架板的端部的锁紧螺孔螺纹连接，从而将电极架板的端部固定在固定支架上。

4.根据权利要求3所述的放电电极，其特征在于，每个所述固定支架上均设有两个沿竖直方向延伸的电极高度调节孔，该两个电极高度调节孔平行设置且高度相同，所述电极架板的两个相对的端部分别设有与固定支架上的两个电极高度调节孔对应的两个锁紧螺孔。

5.根据权利要求1所述的放电电极，其特征在于，所述电极包括电极杆和电极头，所述电极杆竖直设置在电极架板上，其顶端与电极架板可拆卸地连接、底端与电极头的非放电端可拆卸地连接。

6.根据权利要求5所述的放电电极，其特征在于，所述电极架板上设有两个沿水平方向延伸的电极间距调节孔，该两个电极间距调节孔排成一条直线；每个所述电极杆的顶端穿过一电极间距调节孔后与紧固螺帽螺纹连接，从而将该电极杆固定在电极架板上；每个所述电极杆的底端设有锁紧螺孔，每个电极头的非放电端设有安装孔，紧固螺钉穿过一电极头的非放电端的安装孔与一电极杆底端的锁紧螺孔螺纹连接，从而将该电极头的非放电端固定在该电极杆的底端。

7.根据权利要求6所述的放电电极，其特征在于，每个所述电极杆的顶端设有螺纹孔，高压电缆的一端通过该螺纹孔与所述电极杆连接、另一端与脉冲电压发生器连接。

8.根据权利要求5所述的放电电极，其特征在于，每个所述电极杆的中部套有绝缘层。

9.根据权利要求8所述的放电电极，其特征在于，所述绝缘层的内径与所述电极杆的外径过盈配合。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的放电电极，其特征在于，所述放电电极还包括设置于电极架板的上表面和/或下表面且位于两个电极之间的挡块，其用于防止输入至两个电极上的高压脉冲沿电极架板的表面放电。