CN213584608U - 一种电场箍缩离子发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型针对有电源离子发生器离子输出少的问题，提出一种电场箍缩离子发生装置，属于石油化工、环境保护、微电子、纺织等静电应用和防静电的行业与领域。本实用新型采用针电极和环电极构成，其中针电极安放在环电极的几何中心的中轴线上，针电极和环电极的电位极性相同，针电极电晕放电产生的离子在电场力作用下飞向环电极，而由于环电极的电位是与离子的极性相同，使电晕放电产生的离子被箍缩成离子束穿过环电极输出，实现离子发生器定向高效输出。本实用新型有益效果是结构简单、节能高效的发生离子，可以应用于行业企业生产的离子注入或喷射工艺中。

Description

一种电场箍缩离子发生装置

技术领域

本实用新型涉及一种电场箍缩离子发生方法与装置，属于石油化工、环境保护、微电子、纺织等静电应用和防静电的行业与领域。

背景技术

在石油化工、微电子和纺织等行业的生产过程中使用很多绝缘材料，这些绝缘材料基本是以气体、液体或固体(粉体、颗粒或表面)等形态存在的，而当这些绝缘材料之间或者与导体之间通过接触(碰撞或摩擦)产生静电，从而使材料表面有积累电荷形成电场，一方面在该电场作用下绝缘材料吸引周围的细小物质，如灰尘等，或者吸引带异号电荷的材料，由此导致行业生产不能稳定运行或者产品质量下降；另一方面随着材料表面电荷积累量增加导致材料表面电场强度增加，当该电场强度达到击穿场强时产生放电，引发火灾或爆炸等灾害事故，因此在这些相关行业生产工艺中必须要应用静电消除技术，中和绝缘材料内部或表面的电荷，保证产品质量和行业安全生产。

在环境污染治理行业，尤其是燃煤锅炉排烟、工业窑炉排烟、柴油机排烟等烟气中含有大量的粉尘，喷漆、涂装、焊接等行业排放的废气中含有粉尘、有机气溶胶和颗粒物，以及化工和电力行业冷却塔排放的水汽，严重的污染了人民赖以生存的大气环境，必须对这些排气中的尘或雾加以治理，研发粉尘、颗粒物和液滴收集技术，其中静电收集技术是一种高效的工业废气净化技术。

在涂装和药剂喷散行业，涂料或者药剂从喷嘴喷出后是靠载气定向驱动附着于靶向目标的，但是该驱动力随着离开喷嘴距离增加而减弱，涂料或者药剂向四周分散，由此导致部分涂料或者药剂不能附着于靶(工件、作物等)的表面，最终致使涂料或者药剂浪费。静电涂装技术通过使涂料的粉体或者药剂的雾滴带电，这些带电的涂料或者药剂在电场力作用下，定向附着于工件或者作物上，即减少了涂料或者药剂的浪费也改善了环境。

而静电消除技术、静电收集技术和静电涂装技术都存在一个关键原理过程，就是通过电晕放电产生高浓度、高产量的离子，利用这些离子中和绝缘材料表面的电荷，或者使废气中气溶胶或者涂料颗粒带电、定向移动，实现应用效果的高效性和能量利用效率的高效性。目前市场上离子发生器原理基本是电晕放电原理，离子发生器形式分为有源(有电源)离子发生器和无源(无电源)离子发生器，其中有源离子发生器又分两种形式，即由曲率半径小的高压电极针和低压电极网孔构成的针-网结构形式和由单独的高压电极针构成的针结构形式(此时无限远处为低压电极处)。而针-网结构形式的离子发生器是高压电源 3的高压输出端与高压电极针相连接，高压电源3的低压输出端和低压电极网孔相连接后再接地，或者高压电源3的低压输出端与低压电极网孔分别接地，这种结构形式的离子发生器产生的离子绝大部分被低压电极网收集了，只有一部分剩余的离子穿过低压电极网输送出来，因此这种离子发生器的离子输送效率低。针结构形式的离子发生器是高压电源3的高压输出端与高压电极针相连接，在高压电极针周围产生电晕放电，离子是在电场力和载气作用下输送出来，其优点是因为没有低压网电极，因此结构简单，但是由于针电极1的电力线是发散的，由此导致定向输送出来的离子数少，也降低了离子输送效率。

实用新型内容

本实用新型针对有电源离子发生器离子输出少的问题，提出一种电场箍缩离子发生方法与装置，就是采用针电极和环电极构成，针电极安放在环电极的几何中心的中轴线上，针电极和环电极的电位极性相同，针电极电晕放电产生的离子在电场力作用下飞向环电极，而由于环电极的电位是与离子的极性相同，因此在环电极电场作用下，电晕放电产生的离子被箍缩成离子束9穿过环电极输出，而通过调控针电极和环电极的相对位置、环电极上的电位大小，调控离子束9流形状，实现离子发生器定向高效输出。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种电场箍缩离子发生装置，包括针电极1、环电极2、高压电源3、电压电路4、气管5等器件构成。

所述的针电极1和环电极2同轴安放于气管5的中轴线上，环电极2位于气管5的口边缘，针电极1位于气管5上方，高压电源3输出端与针电极1通过导线6相连接，环电极2通过电压电路4接地极7。气流8经气管5导入由针电极1流向环电极2，携带离子穿过环电极2输送出去。通过增加针电极1和环电极2的数目，增加离子发生装置的规模。

针电极1尖与环面的相对距离范围为1mm-50mm，针尖角度范围为0-45度，环边缘曲率半径是针尖曲率半径的3倍以上，环的内径范围是5mm-50mm。

进一步的，所述的环电极2可以同轴安放在气管5口外侧。

进一步的，所述的高压电源3可以是高压直流电源，包括正极性高压直流电源或负极性高压直流电源，也可以是高压交流电源；电压的峰值为5kV-100kV 范围内，电压的频率为0Hz-10kHz范围内。

进一步的，所述的针电极1和环电极2是用金属材料制做。

进一步的，所述的环电极2可以用绝缘材料制做。

进一步的，可以用金属刷或者导电纤维刷代替针电极1，可以用金属筒或绝缘筒代替环电极2。

一种电场箍缩离子发生方法，所述方法中将针电极1安放于环电极2几何中心的中轴线上，在针电极1上施加高电压产生电晕放电生成离子，而在环电极2上通过电压电路4产生离子极性相同的电位形成箍缩电场，将电晕放电生成的离子箍缩成离子束9穿过环电极2射出。

进一步的，所述的连接环电极2的电压电路4可采用如下三种方式：

第一种方式是给环电极2提供电位的电压电路4是通过分压电路方法将施加在针电极1上电压分压后施加给环电极2上形成箍缩电场，且通过分压比调节箍缩电场，调节离子束9形态。

第二种方式是给环电极2提供电位的电压电路4是通过电阻接地，在环电极2上感应出与离子极性相同的电位形成箍缩电场，且通过调节电阻的阻值调节箍缩电场，调节离子束9形态。

第三种方式是给环电极2提供电位的电压电路4是通过电容接地，在环电极2上感应出与离子极性相同的电位形成箍缩电场，且通过调节电容的容量调节箍缩电场，调节离子束9形态。

进一步的，所述的针电极1上的电压是产生电晕放电生成离子，而环电极2 上的电位是产生箍缩电场。

进一步的，通过调节针电极1与环电极2的相对位置，调节离子束9形态。

进一步的，给针电极1施加高电压的高压电源3可以是高压直流电源，包括正极性高压直流电源或负极性高压直流电源，也可以是高压交流电源。

本实用新型提供的一种电场箍缩离子发生方法与装置，也可以是离子风携带离子穿过环电极2输送出去。

本实用新型提供的一种电场箍缩离子发生方法与装置，也可以用于离子射流方法与装置。

本实用新型的有益效果为：结构简单、能够节能高效的发生离子，可以应用于行业企业生产的离子注入或喷射工艺中，应用行业范围广。

附图说明

图1为一种电场箍缩离子发生方法与装置结构示意图

图2为一种电场箍缩离子发生方法的静电场仿真图

图3为一种环电极2接地的离子发生方法的静电场仿真图

图4为一种无环电极2的离子发生方法的静电场仿真图

图5为一种电场箍缩离子发生方法的电压电路4原理图

图中：1针电极；2环电极；3高压电源；4电压电路；5气管；6导线6；7 地极7；8气流；9离子束。

具体实施方式

下文参照附图说明本实用新型的一个实施例。

所述一种电场箍缩离子发生装置，是由针电极1、环电极2、高压电源3、电压电路4、气管5等构成，针电极1和环电极2同轴安放于内径20mm的聚乙烯气管5的中轴线上，环电极2位于气管5口的边缘，针电极1是直径1.3mm、针尖角度15度的不锈钢针，环电极2是直径1.5mm的不锈钢丝做成外径20mm 的环，针电极1的针尖与环电极2的间距为10mm，高压电源3输出端与针电极 1通过导线6连接，气流8经气管5导入由针电极1流向环电极2，环电极2上的电压电路4可采用如下三种方式：

第一种方式是给环电极2提供电位的电压电路4是通过分压电路方法将施加在针电极1上电压分压后施加给环电极2上形成箍缩电场，且通过分压比调节箍缩电场，调节离子束9形态；

第二种方式是给环电极2提供电位的电压电路4是通过电阻接地7，在环电极2上感应出与离子极性相同的电位形成箍缩电场，且通过调节电阻的阻值调节箍缩电场，调节离子束9形态；

第三种方式是给环电极2提供电位的电压电路4是通过电容接地7，在环电极2上感应出与离子极性相同的电位形成箍缩电场，且通过调节电容的容量调节箍缩电场，调节离子束9形态；

这样在针电极1周围产生电晕电场，环电极2处产生箍缩电场，箍缩电场将针电极1产生的离子束9箍缩、而不流入环电极2，穿过环电极2输出。在本实施例中，采用上述三种方式的电压电路4，在环电极2获得电压峰值500V以上时形成电场箍缩离子发生方法静电场仿真图如图2所示，图3是环电极2接地情况的离子发生方法静电场仿真图，图4是无环电极2的离子发生方法静电场仿真图。对比图2、图3和图4的静电场仿真图，表明有电场箍缩的离子发生方法有利于离子输出。

以上所述实施例仅表达本实用新型的实施方式，但并不能因此而理解为对本实用新型专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本实用新型的保护范围。

1.一种电场箍缩离子发生方法，针电极(1)安放于环电极(2)几何中心的中轴线上，在针电极(1)上施加高电压产生电晕放电生成离子，在环电极(2) 上通过电压电路(4)产生离子极性相同的电位形成箍缩电场，将电晕放电生成的离子(9)箍缩成离子束穿过环电极射出。

2.环电极(2)上的电压电路(4)可采用如下三种方式：

第一种方式是给环电极(2)提供电位的电压电路(4)是通过分压电路方法将施加在针电极(1)上电压分压后施加给环电极(2)上形成箍缩电场，且通过分压比调节箍缩电场，调节离子束(9)形态。

第二种方式是给环电极(2)提供电位的电压电路(4)是通过电阻接地，在环电极(2)上感应出与离子极性相同的电位形成箍缩电场，且通过调节电阻的阻值调节箍缩电场，调节离子束(9)形态。

第三种方式是给环电极(2)提供电位的电压电路(4)是通过电容接地，在环电极(2)上感应出与离子极性相同的电位形成箍缩电场，且通过调节电容的容量调节箍缩电场，调节离子束(9)形态。

3.给针电极(1)施加高电压的高压电源(3)可以是高压直流电源，包括正极性高压直流电源或负极性高压直流电源，也可以是高压交流电源。

4.通过调节针电极(1)与环电极(2)的相对位置，调节离子束(9)形态。

5.一种电场箍缩离子发生装置，是由针电极(1)、环电极(2)、高压电源 (3)、电压电路(4)、气管(5)等器件构成，针电极(1)和环电极(2)同轴安放于气管(5)的中轴线上，环电极(2)位于气管(5)口边缘，气流(8) 经气管(5)导入由针电极(1)流向环电极(2)，携带离子(9)穿过环电极 (2)输送出去，高压电源(3)输出端与针电极(1)通过导线(6)相连接，环电极(2)通过电压电路(4)接地7。

6.一种电场箍缩离子发生装置，是通过增加针电极(1)和环电极(2)的数目，增加离子发生装置的规模。

Claims (6)

1.一种电场箍缩离子发生装置，其特征在于，所述的电场箍缩离子发生装置包括针电极(1)、环电极(2)、高压电源(3)、电压电路(4)、气管(5)；

所述的针电极(1)和环电极(2)同轴安放于气管(5)的中轴线上，环电极(2)位于气管(5)的口边缘，高压电源(3)输出端与针电极(1)通过导线(6)相连接，环电极(2)通过电压电路(4)接地；气流(8)经气管(5)导入由针电极(1)流向环电极(2)，携带离子穿过环电极(2)输送出去；通过增加针电极(1)和环电极(2)的数目，增加离子发生装置的规模。

2.根据权利要求1所述的一种电场箍缩离子发生装置，其特征在于，针电极(1)尖与环面的相对距离范围为1mm-50mm，针尖角度范围为0-45度。

3.根据权利要求1所述的一种电场箍缩离子发生装置，其特征在于，环电极(2)的边缘曲率半径是针尖曲率半径的3倍以上，环电极(2)的内径范围是5mm-50mm。

4.据权利要求1或2或3所述的一种电场箍缩离子发生装置，其特征在于，将所述的环电极(2)的安放位置替换为同轴安放在气管(5)口外侧。

5.据权利要求4所述的一种电场箍缩离子发生装置，其特征在于，所述的高压电源(3)是高压直流电源，包括正极性高压直流电源或负极性高压直流电源，或是高压交流电源；电压的峰值为5kV-100kV范围内，电压的频率为0Hz-10kHz范围内。

6.据权利要求5所述的一种电场箍缩离子发生装置，其特征在于，所述的针电极(1)是用金属材料制做，环电极(2)是用金属材料或绝缘材料制做。

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