CN216852477U - 一种用于静电消除器的放电结构 - Google Patents

Abstract

一种用于静电消除器的放电结构，属静电消除领域。在放电针座上端的外周，设置一个圆环形或圆筒形电极；圆环形或圆筒形电极为一个带有上端面的、中空的圆环形或圆筒形结构；圆环形或圆筒形结构的内径等于或大于放电针座上端的外周直径；在圆环形或圆筒形结构的上端面上设置贯穿的出气孔；圆环形或圆筒形结构接地；圆环形或圆筒形结构与电极针相结合，构成一个“针‑环”或“针‑筒”型放电结构。其将放电电流体场/场源限制在毫米级尺度空间内，使得外界环境中的干扰因素无法对其造成影响或影响十分微弱，因此极大提升了放电的稳定性，也使消电器的消电性能保持了长时间的稳定。可广泛用于主动式静电消除装置的设计和制造领域。

Description

一种用于静电消除器的放电结构

技术领域

本实用新型属于主动式静电消除领域，尤其涉及一种用于静电消除器的放电结构。

背景技术

静电消除器已在工业生产的各个领域得到了广泛应用，为提高工业生产效率，提升产品质量起到了重要作用。

现有绝大部分静电消除器均是采用大气压空气电晕放电，产生正、负离子来中和物体表面静电荷的工作原理。

应用此种工作原理的静电消除器会因生产环境的复杂多变，如温度、湿度、灰尘、气流状态等外界原因，导致其工作环境不受控，不能形成稳定的工作状态，致使其消电性能亦不能稳定，影响静电消除效果。

现有的静电消除器从高压工作(输出)方式上，形成了各种电晕放电形式，如：脉冲直流、可变直流、脉冲交流、工频交流、高频交流，以期在大气压空气环境下达到稳定的放电(工作)状态，进而使消电器的消电性能得以稳定。当外界工作环境发生变化时，通过改变高压输出特性(如：高压输出幅值、占空比等)来调节消电性能，使其恢复最初的消电性能状态。

现有技术方案存在如下技术缺陷：

1)现有消电器产品只着重在放电形式上对静电消除器的工作性能进行了研究改进，而没有对工作性能和稳定性均起着至关重要作用的放电结构进行深入的研究，因此无法实现长期稳定的消电性能。

2)现有消电器产品只单方面的、被动的通过改变高压输出特性，来应对其工作环境的改变对消电性能产生的影响，而没有主动的对产品的工作环境进行控制，使其工作在受控的稳定的放电环境下，以保持稳定持久的消电性能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于静电消除器的放电结构。其采用“针—环”或“针—筒”型放电结构，将放电电流体场(场源)限制在小尺度(毫米级尺度)空间内，有利于形成受控环境的放电结构，使得外界环境中的各种影响(温度、水分、灰尘等)的干扰因素无法对其造成影响或影响十分微弱，可形成一相对稳定的放电环境，因此极大提升了放电的稳定性，也使消电器的消电性能保持了长时间的稳定，进而使消电器消电性能的稳定性或鲁棒性大幅提高。

本实用新型的技术方案是：提供一种用于静电消除器的放电结构，包括放电针座或放电针组件，所述的放电针座中设置有电极针，所述的放电针组件至少包括放电针座和设置在放电针座中的电极针；其特征是：

在放电针座或放电针组件上端的外周，设置一个圆环形或圆筒形电极；

所述的圆环形或圆筒形电极，为一个带有上端面的、中空的圆环形或圆筒形结构；

所述圆环形或圆筒形结构的内径，等于或大于放电针座或放电针组件上端的外周直径；

在圆环形或圆筒形结构的上端面上，设置有至少一个贯穿的出气孔；

所述的圆环形或圆筒形结构接地；

所述的圆环形或圆筒形结构，与电极针相结合，构成一个“针-环”或“针-筒”型放电结构；

在所述的“针-环”或“针-筒”型放电结构中，放电针构成高压电极，圆环形或圆筒形电极构成低压金属电极或接地金属电极。

具体的，所述的圆环形或圆筒形电极与放电针座或放电针组件同轴心设置；所述的电极针位于圆环形或圆筒形电极的中心位置；所述电极针或电极针的尖端部分位于圆环形或圆筒形电极内部。

进一步的，所述电极针或电极针的尖端部分与圆环形或圆筒形电极上端面的内表面齐平。

具体的，在所述圆环形或圆筒形结构的下端，设置有至少一个凸脚；所述的凸脚，经过一个电阻、一个电容或一个阻容并联电路后接地。

进一步的，所述的凸脚，经过电阻、电容或阻容并联电路后，与消电器的条形接地极或侧边接地电极之间电连接。

具体的，在所述圆环形或圆筒形电极的内壁上，设置有至少一条侧凹槽；所述的侧凹槽与放电针座外周的凸筋对应设置；所述侧凹槽与凸筋两者之间为过盈配合的插接式装配关系。

其中，所述圆环形或圆筒形电极的出气孔的半径r，小于圆环形或圆筒形结构上端面剩余圆环的宽度L。

或者，所述圆环形或圆筒形电极的出气孔的半径r，大于或等于圆环形或圆筒形结构上端面剩余圆环的宽度L。

再或者，所述圆环形或圆筒形电极的出气孔的内径D，等于圆环状电极内壁的直径。

进一步的，在所述圆环形或圆筒形电极的出气孔的周边，还设置有两个或两个以上的辅助出气孔；所述的辅助出气孔以出气孔为中心，均布设置在出气孔周围。

与现有技术比较，本实用新型的优点是：

1.本技术方案中由于采用了将放电电流体场(场源)限制在毫米量级的尺度空间内的放电结构，在毫米量级的尺度空间内形成受控放电环境，使得外界环境中的干扰因素无法对其造成影响或影响十分微弱，因此极大提升了放电的稳定性，也使消电器的消电性能保持了长时间的稳定；

2.本技术方案的“针—环”或“针—筒”型放电结构，可根据现有消电器产品进行结构设计，可操作性强，使得产品性能提升的成本降低；

3.本技术方案中环或筒电极可只需与现有消电器产品的放电针座进行过盈配合或螺纹配合的简单结构设计，就可实现大幅提升消电性能稳定性的目的，可大幅降低研发及生产成本，提高研发及生产效率；

4.本技术方案中环或筒电极结构简单，电极可选用铜镀镍或不锈钢等成熟的防氧化工艺或材质，生产加工方便。

附图说明

图1-1为实施例一的圆环状电极的结构示意图；

图1-2为实施例一的圆环状电极的仰视结构示意图；

图1-3为实施例一的圆环状电极的俯视结构示意图；

图1-4为实施例一的圆环状电极的三维结构示意图；

图2-1为含有圆环状电极的放电针组件结构示意图；

图2-2为含有圆环状电极的放电针组件的剖视结构示意图；

图2-3为含有圆环状电极的放电针组件的右视结构示意图；

图2-4为含有圆环状电极的放电针组件的左视结构示意图；

图2-5为含有圆环状电极的放电针组件的三维结构示意图；

图2-6为含有圆环状电极的放电针组件的三维装配结构爆炸示意图；

图3-1为圆环状电极、放电针组件及消电器的装配结构关系俯视示意图；

图3-2为圆环状电极、放电针组件及消电器的装配结构关系主视示意图；

图3-3为圆环状电极、放电针组件及消电器的装配结构关系的三维示意图；

图4-1为实施例二的圆环状电极的结构示意图；

图4-2为实施例二的圆环状电极的仰视结构示意图；

图4-3为实施例二的圆环状电极的俯视结构示意图；

图4-4为实施例二的圆环状电极的三维结构示意图；

图5-1为实施例三的圆环状电极结构示意图；

图5-2为实施例三的圆环状电极结构仰视图；

图5-3为实施例三的圆环状电极结构俯视图；

图5-4为实施例三的圆环状电极三维结构示意图；

图6-1为实施例四的圆环状电极结构示意图；

图6-2为实施例四的圆环状电极结构仰视图；

图6-3为实施例四的圆环状电极结构俯视图；

图6-4为实施例四的圆环状电极三维结构示意图；

图7为本实用新型针-环放电结构放电稳定性及消电能力试验方法示意图；

图8-1为本实用新型针-环放电结构不同阻抗值对应的离子输出电流和离子输出效率数据图；

图8-2为本实用新型针-环放电结构不同针环间距对应的离子输出电流和离子输出效率数据图；

图8-3为本实用新型针-环放电结构施加不同电极高压对应的离子输出电流和离子输出效率数据图；

图8-4为本实用新型针-环放电结构阻抗与电极针高压的离子输出特性数据图；

图9-1为本实用新型对比试验的测试方位示意图；

图9-2为对比试验的测试数据示意图。

图中1为圆环状电极，1a为上端面，1-1为凸脚，1-2为侧凹槽，1-3为出气孔，1-4为辅助出气孔，2为放电针座，2-1为凸筋，3为电极针套，4为电极针，4-1为电极针的尖端，5为条形接地极，6为侧边接地电极，7-1为高压电源或消电器自身的高压电路，7-2为离子流收集电极；XDQ为消电器，PBCSY为平板测试仪。

图中1为圆环形或圆筒形电极，1a为上端面，1-1为凸脚，1-2为侧凹槽，1-3为出气孔，1-4为辅助出气孔，2为放电针座，2-1为凸筋，3为电极针套，4为电极针，4-1为电极针的尖端，5为条形接地极，6为侧边接地电极，7-1为高压电源或消电器自身的高压电路，7-2为离子流收集电极；XDQ为消电器，PBCSY为平板测试仪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

在现有消电装置(诸如棒型消电器等，简称消电器)放电针座2或放电针组件上端的外周，设置如图1-1至图1-4中所示的一个圆环形或圆筒形电极1。该圆环形或圆筒形电极与放电针座或放电针组件同轴心设置。

如图2-2中所示，本技术方案中所述的放电针座2中设置有电极针4，所述的放电针组件至少包括放电针座2和设置在放电针座中的电极针4。

所述的圆环形或圆筒形电极1，为一个带有上端面的、中空的圆筒结构，圆筒结构的内径，等于或大于放电针座(亦称电极针座)或放电针组件上端的外周。

在圆筒结构的上端面1a上，设置有一个贯穿的出气孔1-3；

在圆筒结构的下端，设置有至少一个凸脚1-1。

在圆筒结构的内壁上，设置有至少一条侧凹槽1-2。

该圆环形或圆筒形电极(简称圆环状电极)可与本申请人已申请的，授权公告日为2020年5月26日，授权公告号为CN210629947U的实用新型专利“一种具有检测电极的离子棒”中公开的消电器产品进行配套使用；这里的配套使用，是指圆环状电极与消电器产品的放电针组件之间进行配套和使用。

具体的，在图2-1至图2-6中给出了包含有圆环状电极的放电针组件的组合结构的三维示意图。

如图2-4至图2-6中所示，在圆环状电极1的内侧，设置有4个圆柱形的侧凹槽(简称凹槽)1-2，如此可实现与现有消电器产品的带4个凸筋2-1的放电针座2匹配安装，参考图2-6中所示，侧凹槽1-2与凸筋2-1两者之间为过盈配合的插接式结构关系。

如图2-2中所示，电极针4位于圆环形电极1的中心位置，并且，为易于形成受控放电环境，电极针4或电极针的尖端部分4-1，位于圆环电极1内部，或与圆环电极上端的内表面齐平(指电极针的尖端部分与圆环电极上端的内表面齐平)。

此圆环形电极为低压电极或接地电极，在其凸脚部位1-1(见图1-1、1-4所示)与消电器产品的2个条形接地极5或侧边接地电极6电接触，见图3-3中所示(在前述专利CN210629947U的图6b，6c中，称为长条形检测电极8)。

本技术方案中的圆环状电极，可根据现有消电器的结构(主要涉及到条形接地极5或侧边接地电极6的具体数量或位置)进行设计，使圆环状电极与现有消电器低压或接地电极构成电连接或电接触。

参考图2-2中所示，电极针4或电极针的尖端4-1，与圆环电极1的出气口1-3所构成的放电空间尺度(为毫米量级)，远小于电极针或电极针尖端与消电器其它金属部位(如条形接地极5或侧边接地电极6，参见图3-1至3-3中所示)，或安装使用空间中存在的金属部件(如：金属安装支架，机器设备等)之间的空间尺度(为厘米至米量级)。

图3-1至3-3中，给出了圆环状电极与现有消电器之间的装配结构关系示意图。由图可知，本技术方案中的圆环状电极1(图中给出了四种圆环状电极结构的实施例)，与现有消电器XDQ的放电针组件(图中以电极针4和放电针座2来表示)之间的装配结构和位置关系：所述的圆环状电极设置在现有放电针组件中放电针座的上方及外周，与消电器XDQ的条形接地极5或侧边接地电极6电连接。

进一步的，圆环状电极与消电器的低压或接地电极(即前述的条形接地极或侧边接地电极)之间，通过电阻和/或电容连接，以形成浮动的离子电位。

具体的，如图7中所示，圆环状电极通过电阻R和/或电容C电连接到负极或大地的条形电极电接触而实现；也可将圆环状电极直接通过电阻和/或电容连接到负极或大地。

图4-1至图4-4中，给出了本技术方案所述圆环状电极的另一实施例的结构示意图。

图5-1至5-4中，给出了本技术方案所述圆环状电极的又一实施例的结构示意图。

图6-1至6-4中，给出了本技术方案所述圆环状电极的实施例四的结构示意图。

图1-1至图6-4中，给出了四种圆环状电极的实施例结构，它们可以和电极针分别构成4种“针-环”或“针-筒”型放电结构。

具体的，在图1-1至图1-4中所示圆环状电极的出气孔1-3的半径r，小于上端面1a剩余圆环的宽度L。而在图4-1至图4-4中所示圆环状电极的出气孔1-3的半径r，大于或等于上端面1a剩余圆环的宽度L。在图5-1至5-4中所示圆环状电极的出气孔1-3的内径D，等于圆环状电极内壁的直径(即出气孔的半径，等于圆环状电极内壁的半径)。在6-1至6-4中所示的圆环状电极，在出气孔1-3的周边，还设置有辅助出气孔1-4，以使电晕放电产生出的离子更快速的达到带静电物体表面。其余均与图1-1至图3-3中所示圆环状电极的结构相同或相类似(包括凸脚、侧凹槽的设置以及圆环状电极与放电针组件的位置关系等等)。

基于上述针-环型放电结构，可参照以下试验方法进行放电稳定性及消电能力试验，以确定最佳结构与电气参数：

如图7中所示，设定电极针与圆环状电极的放电距离为d，圆环状电极的出气孔内径为D，圆环状电极的接地阻抗为Z，放电针施加的高压为U，流入电极针的高压电流为I_HV，经圆环状电极流入大地的离子电流为I_Z，流出圆环状电极的离子输出电流为I_ion。

图中7中，7-1为高压电源或消电器自身的高压电路，通过串接一高压测试电阻R_{HV text}，对电极针施加高压电；如此，可用电压探头连接示波器，监测电压波形进而测算出进入电极针的高压电流I_HV的大小。

在圆环状电极的前方，同轴心地设置一个离子流收集电极7-2，用于对流出圆环状电极的离子电流进行收集检测，此收集电极的内径尺寸与圆环状电极的外径尺寸相同，成圆筒状；在该电极的底部，设置细密的金属网格，既可最大限度的接收离子，又可降低气流带来的离子扰动对测试的干扰。

将离子流收集电极通过一测试电阻R_{ion text}连接到大地，如此，可用电压探头连接示波器，监测电压波形进而测算出离子输出电流I_ion的大小，并观察波形的规律性和稳定性，以验证放电的稳定性。

圆环状电极1通过电容C和电阻R接入大地(电容C与电阻R为并联关系)，用电压探头连接示波器，监测电阻R两端的电压波形，进而测算出离子通过环状电极流入大地或负极的电流I_Z的大小，并观察波形的规律性和稳定性，以验证放电的稳定性。

固定放电距离d、出气孔内径D、圆环状电极的接地阻抗Z、放电针施加的高压U参数中的任意3个结构和/或电气参数，调节另一个结构或电气参数，测试即可得到流入电极针的高压电流I_HV、经圆环状电极流入大地的离子电流I_Z及流出圆环状电极的离子输出电流I_ion。

计算I_ion/I_HV，得到离子输出效率η，即：

测试过程中，用示波器观察并记录离子电流I_Z及离子输出电流I_ion电流波形的稳定性，即电流波形是否规律、稳定地呈现。

重复上述步骤，直至d、D、Z、U四个参数调节试验完毕。

画出各个参数(包括放电距离d、出气孔内径D、圆环状电极的接地阻抗Z、对电极针施加的高压U)下的离子输出电流I_ion和离子输出效率η的数据关系曲线图，并观察各自对应的输出规律，见图8-1、8-2、8-3所示：

图8-1是不同阻抗值对应的离子输出电流和离子输出效率数据图，从图中可看出：随着圆环状电极接地电阻的增大，离子的输出效率逐渐增大；但当接地电阻达到100MΩ以上后，离子的输出效率增长缓慢，并逐渐趋于平稳。

图8-2是不同针环间距对应的离子输出电流和离子输出效率数据图，从图中可看出：随着针环间距的变小，离子输出电流和离子输出效率逐渐变大；但针-环间距在0.75-0.25mm之间，离子输出电流增加最为剧烈；而针-环间距在0.75-0.5mm之间，离子输出效率增加最为剧烈。

图8-3是对电极针施加不同高压对应的离子输出电流和离子输出效率数据图，从图中可看出：随着施加电压的提高，离子输出电流快速提高，但离子输出效率则快速下降。

图8-4是阻抗与电极针高压2个电参数，以离子输出电流I_ion为横轴(X轴)，离子输出效率η为纵轴(Y轴)，画出的离子输出特性关系曲线图。

基于上述试验数据(图)，综合考量离子输出效率η(能效比)，绝缘等级(绝缘难度)及离子输出电流I_ion的大小(离子输出电流I_ion决定消电器的消电能力)，确定最适合于消电器的结构参数及电气参数，如阻抗曲线与电极针高压曲线交汇处对应的参数值。

最佳实施例：

为验证本技术方案消电器消电性能的稳定性，将采用本技术方案“针—环”或“针—筒”型放电结构的静电消除器与现有技术静电消除器进行了消电性能稳定性对比监测试验。

对比试验所用静电消除器均为棒型消电器XDQ，棒长均为400mm，通气压力均为0.3MPa，测试距离H均为300mm，在棒型消电器正下方300mm处，设置有Trek电荷平板测试仪PBCSY。

对比试验的测试方位示意图如图9-1所示。

测试试验所用仪器为Trek电荷平板测试仪，用于长期监测消电器离子平衡电压的稳定性。

测试数据如图9-2中所示

从图9-2所示的测试数据可以看出：使用本技术方案“针—环”或“针—筒”型放电结构的消电器，在整个测试期间，离子平衡电压均未超过|±50V|，而现有技术消电器在测试前期平衡电压就超出了|±50V|，并且波动性较大；现有技术消电器在测试中后期平衡电压呈现逐步变大趋势，接近并超过100V；并在测试的最后一天达到200V。可见本实用新型的技术方案，较好的提升了静电消除器消电性能的稳定性。

由于本实用新型的技术方案，采用“针—环”或“针—筒”型放电结构，将放电电流体场(场源)限制在小尺度空间内，使得外界环境中的干扰因素无法对其造成影响或影响十分微弱，因此极大提升了放电的稳定性，也使消电器的消电性能保持了长时间的稳定；其“针—环”或“针—筒”型放电结构，可根据现有消电器产品进行结构设计，可操作性强，使得产品性能提升的成本降低；同时，其圆环形或圆筒形电极可只需与现有消电器产品的放电针座进行过盈配合的简单插接式结构设计，就可实现大幅提升消电性能稳定性的目的，可大幅降低研发及生产成本，提高研发及生产效率；其圆环形或圆筒形电极结构简单，可选用铜镀镍或不锈钢等成熟的防氧化工艺或材质，生产加工方便。

本实用新型可广泛用于主动式静电消除装置的设计和制造领域。

Claims (10)

1.一种用于静电消除器的放电结构，包括放电针座或放电针组件，所述的放电针座中设置有电极针，所述的放电针组件至少包括放电针座和设置在放电针座中的电极针；其特征是：

在放电针座或放电针组件上端的外周，设置一个圆环形或圆筒形电极；

所述的圆环形或圆筒形电极，为一个带有上端面的、中空的圆环形或圆筒形结构；

所述圆环形或圆筒形结构的内径，等于或大于放电针座或放电针组件上端的外周直径；

在圆环形或圆筒形结构的上端面上，设置有至少一个贯穿的出气孔；

所述的圆环形或圆筒形结构接地；

所述的圆环形或圆筒形结构，与电极针相结合，构成一个“针-环”或“针-筒”型放电结构；

在所述的“针-环”或“针-筒”型放电结构中，放电针构成高压电极，圆环形或圆筒形电极构成低压金属电极或接地金属电极。

2.按照权利要求1所述的用于静电消除器的放电结构，其特征是所述的圆环形或圆筒形电极与放电针座或放电针组件同轴心设置；

所述的电极针位于圆环形或圆筒形电极的中心位置；

所述电极针或电极针的尖端部分位于圆环形或圆筒形电极内部。

3.按照权利要求1或2所述的用于静电消除器的放电结构，其特征是所述电极针或电极针的尖端部分与圆环形或圆筒形电极上端面的内表面齐平。

4.按照权利要求1所述的用于静电消除器的放电结构，其特征是在所述圆环形或圆筒形结构的下端，设置有至少一个凸脚；所述的凸脚，经过一个电阻、一个电容或一个阻容并联电路后接地。

5.按照权利要求4所述的用于静电消除器的放电结构，其特征是所述的凸脚，经过电阻、电容或阻容并联电路后，与消电器的条形接地极或侧边接地电极之间电连接。

6.按照权利要求1所述的用于静电消除器的放电结构，其特征是在所述圆环形或圆筒形电极的内壁上，设置有至少一条侧凹槽；

所述的侧凹槽与放电针座外周的凸筋对应设置；

所述侧凹槽与凸筋两者之间为过盈配合的插接式装配关系。

7.按照权利要求1所述的用于静电消除器的放电结构，其特征是所述圆环形或圆筒形电极的出气孔的半径r，小于圆环形或圆筒形结构上端面剩余圆环的宽度L。

8.按照权利要求1所述的用于静电消除器的放电结构，其特征是所述圆环形或圆筒形电极的出气孔的半径r，大于或等于圆环形或圆筒形结构上端面剩余圆环的宽度L。

9.按照权利要求1所述的用于静电消除器的放电结构，其特征是所述圆环形或圆筒形电极的出气孔的内径D，等于圆环状电极内壁的直径。

10.按照权利要求1所述的用于静电消除器的放电结构，其特征是在所述圆环形或圆筒形电极的出气孔的周边，还设置有两个或两个以上的辅助出气孔；

所述的辅助出气孔以出气孔为中心，均布设置在出气孔周围。

Images