一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,包括氣體緩沖腔、外層處理腔和內(nèi)層處理腔,氣體緩沖腔外側(cè)開設(shè)氣體入口,緩沖腔內(nèi)側(cè)為一絕緣擋板,擋板上開有氣道通孔,待處理氣體由氣道通孔依次進(jìn)入外層處理腔和內(nèi)層處理腔,經(jīng)完全處理后,由內(nèi)層處理腔末端連接的氣體出口排出。本發(fā)明利用緩沖腔使得待處理氣體能夠均勻穩(wěn)定地進(jìn)入處理腔體;腔體采用同軸多針-板結(jié)構(gòu),電場(chǎng)不均勻系數(shù)大,放電電壓低從而降低了運(yùn)行能耗,同時(shí)電壓可調(diào)范圍大,適用范圍廣;采用內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu),將低溫等離子體除塵和廢氣降解分開,避免了廢氣中粉塵等對(duì)廢氣分子降解的影響,提高了能量利用率,且反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊;本發(fā)明適用于廢氣治理、消毒滅菌以及臭氧合成等領(lǐng)域。
【專利說明】一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低溫等離子體環(huán)境應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類生產(chǎn)活動(dòng)和生活活動(dòng)的不斷擴(kuò)大,“三廢”廢物量和種類呈急劇增加的趨勢(shì)。污染不僅給生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞,也給人類自身帶來不可估量的危害。尤其值得提出的是,隨著近年來全國范圍內(nèi)霧霾天氣的頻繁出現(xiàn),人們的日常生活以及身心健康受到嚴(yán)重影響,霧霾的主要源頭之一一工業(yè)廢氣的治理也被提高到了國家發(fā)展戰(zhàn)略的高度。而傳統(tǒng)的物理、化學(xué)處理以及燃燒等廢物處理技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)需要,費(fèi)用低、處理徹底、無二次污染的新型廢物處理技術(shù)成為環(huán)保領(lǐng)域里一個(gè)急待解決的研究開發(fā)課題。其中,低溫等離子體技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景被廣泛看好。
[0003]大氣壓低溫等離子體是指在大氣壓下,利用高壓放電的方法,在正負(fù)電極之間或附近區(qū)域產(chǎn)生大量帶電粒子、活性基團(tuán)、紫外線等具有高度化學(xué)活性的物質(zhì),這些活性粒子與工業(yè)廢氣中的氣溶膠、廢氣分子等發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)過程,從而將其荷電沉降或者氧化分解。在幾種常見的大氣壓放電中,電暈放電由于發(fā)生結(jié)構(gòu)簡單、放電電壓低、持續(xù)運(yùn)行無發(fā)熱、消耗電能少等優(yōu)點(diǎn),是目前應(yīng)用于工業(yè)廢氣治理最理想的放電手段。
[0004]目前制約電暈等離子體大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)廢氣治理的瓶頸問題是:工業(yè)廢氣成分復(fù)雜,除了含有有毒有害的各類無機(jī)或有機(jī)廢氣分子外,往往還含有大量的氣溶膠、液滴、粉塵等臟污粒子,單級(jí)反應(yīng)器處理能耗太高,并且長時(shí)間的劇烈放電對(duì)反應(yīng)器損傷嚴(yán)重,而多級(jí)反應(yīng)器在大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用中同樣存在能耗高、設(shè)備占地面積寬、投資大等缺點(diǎn)。因此,設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)緊湊的新型反應(yīng)器,既能夠滿足不同工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)廢氣成分大不相同的情況,集除塵與廢氣降解于一體,同時(shí)又能夠降低反應(yīng)器的能耗,使得大部分的工廠能夠承受得起等離子體裝置的投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用,具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供了一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,該裝置集工業(yè)廢氣處理的除塵除濕和廢氣分子降解于一體,并使得上述兩個(gè)過程分離進(jìn)行,提高了能量利用效率以及處理效果。
[0006]為達(dá)到上述目的,本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]—種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,其特征在于:包括金屬底座和設(shè)置在金屬底座上的外層金屬套筒,外層金屬套筒的頂部依次設(shè)置有絕緣擋板和外層絕緣殼體,該絕緣擋板的中心開設(shè)有通孔,且在絕緣擋板上周向均勻開設(shè)有若干氣道通孔;內(nèi)層金屬套筒穿過絕緣擋板的中心通孔并固定在絕緣擋板上,在內(nèi)層金屬套筒的側(cè)壁上設(shè)置有若干針電極,在內(nèi)層金屬套筒內(nèi)設(shè)置有內(nèi)接地電極,且內(nèi)接地電極的底部固定在金屬底座上,在內(nèi)層金屬套筒的頂部設(shè)置有絕緣蓋板以及在內(nèi)層金屬套筒的頂部邊緣設(shè)置有高壓接線柱,在該絕緣蓋板的中心設(shè)置有出氣通道,出氣通道的出氣口從外層絕緣殼體的頂部引出,且在外層絕緣殼體的頂部還設(shè)置有進(jìn)氣口,外層絕緣殼體的側(cè)壁上設(shè)置有高壓引線通孔,外層絕緣殼體、絕緣蓋板以及絕緣擋板之間形成的腔體為氣體緩沖腔,內(nèi)層金屬套筒、絕緣擋板以及外層金屬套筒之間形成的腔體為外層處理腔,內(nèi)層金屬套筒與絕緣蓋板之間形成的腔體為內(nèi)層處理腔,在外層處理腔與內(nèi)層處理腔的底部為廢液腔,且在外層金屬套筒底部的側(cè)壁上安裝有廢液閥。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:若干針電極垂直于內(nèi)層金屬套筒的側(cè)壁。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:在絕緣擋板上的氣道通孔的數(shù)量為4、8或16個(gè)。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:在絕緣擋板的下表面均勻開設(shè)有若干道鋸齒形溝壑。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:外層金屬套筒的材質(zhì)為不銹鋼,其直徑為120_,厚度為2mm,長為 500mmo
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:內(nèi)層金屬套筒的材質(zhì)為不銹鋼,其直徑為60mm,厚度為2mm,長為 500mmo
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:內(nèi)接地電極的直徑為10mm。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:針電極的材質(zhì)為鈦合金或鎢合金,其直徑為0.7mm,針尖夾角為60°,針尖半徑為0.05mm。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:絕緣擋板和絕緣蓋板采用聚四氟乙烯或玻璃鋼板制成。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下的技術(shù)效果:
[0017]本發(fā)明一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,其利用緩沖腔降低氣體進(jìn)入等離子體區(qū)的速度,避免了工廠廢氣對(duì)處理腔的直接沖擊,使得待處理氣體能夠均勻穩(wěn)定地進(jìn)入處理腔體,以達(dá)到在處理腔中充分與等離子體反應(yīng),并延長了裝置的使用壽命。
[0018]腔體采用同軸多針-板結(jié)構(gòu),廢氣通過阻力小,電場(chǎng)不均勻系數(shù)大,放電電壓低,運(yùn)行能耗小,同時(shí)電壓可調(diào)范圍大,功率密度調(diào)節(jié)范圍大可適應(yīng)不同場(chǎng)合的需要。
[0019]腔體采用內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu),外層處理腔中等離子體能量密度較低,主要作用是對(duì)工業(yè)廢氣中的粉塵、液滴等臟污粒子進(jìn)行荷電,然后在外層套筒內(nèi)表面進(jìn)行收集、脫除,其次,能夠?qū)τ泻U氣分子進(jìn)行初步降解作用,部分較長壽命活性產(chǎn)物(03、H2O2等)可擴(kuò)散注入到內(nèi)層處理腔中,輔助進(jìn)行下一步廢氣分子降解。內(nèi)層處理腔中等離子體能量密度較高,電極由載入了催化劑的鈦合金絲制成,主要作用是對(duì)有害氣體分子進(jìn)行化學(xué)降解并最終徹底氧化成CO2和H20。內(nèi)外層處理腔的分離,可避免臟污粒子對(duì)高能粒子和自由基的消耗,使其能夠更多的應(yīng)用于廢氣分子降解,并且,還能夠使催化劑不受臟污粒子的不利影響,從而延長其使用壽命,同時(shí),由于內(nèi)外層處理腔的緊密連接,外層處理腔中的長壽命活性產(chǎn)物可以擴(kuò)散注入到內(nèi)層中,協(xié)同進(jìn)行廢氣分子降解,進(jìn)一步提高能量利用效率
[0020]本發(fā)明一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,其處理過程在常溫常壓下進(jìn)行,不需要成本昂貴的低壓設(shè)備;有效處理區(qū)域大,等離子體完全覆蓋處理腔體,不會(huì)發(fā)生待處理氣體從電極縫隙“側(cè)漏”現(xiàn)象;采用內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu),可一站式完成工業(yè)廢氣除塵及降解,能量效率高;該套裝置結(jié)構(gòu)緊湊,與傳統(tǒng)單級(jí)同軸針陣列結(jié)構(gòu)相比,大大節(jié)約了電極材料,對(duì)于大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用,極大的節(jié)約了投資成本;該套裝置設(shè)有固定的氣體入口、出口,可方便的進(jìn)行不等數(shù)量的并聯(lián),以適應(yīng)不同規(guī)模廢氣治理的需要。
[0021]本發(fā)明不僅適用于廢氣治理領(lǐng)域,同時(shí)適用于消毒滅菌以及臭氧合成等領(lǐng)域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置的整體結(jié)構(gòu)圖;
[0023]圖2為本發(fā)明一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置的針電極分布俯視圖;
[0024]圖3為本發(fā)明一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置的絕緣擋板氣道通孔分布以及鋸齒形下沿示意圖;
[0025]圖4為本發(fā)明一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置的絕緣擋板局部視圖;
[0026]圖5為本發(fā)明一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置的電路接線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0028]參見圖1至圖4,本發(fā)明一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,包括金屬底座18和設(shè)置在金屬底座18上的外層金屬套筒9,外層金屬套筒9的頂部依次設(shè)置有絕緣擋板10和外層絕緣殼體19,該絕緣擋板10的中心開設(shè)有通孔,且在絕緣擋板10上周向均勻開設(shè)有若干氣道通孔11 ;內(nèi)層金屬套筒8穿過絕緣擋板10的中心通孔并固定在絕緣擋板10上,在內(nèi)層金屬套筒8的側(cè)壁上設(shè)置有若干針電極7,且若干針電極7垂直于內(nèi)層金屬套筒8的側(cè)壁,在內(nèi)層金屬套筒8內(nèi)設(shè)置有內(nèi)接地電極6,且內(nèi)接地電極6的底部固定在金屬底座18上,在內(nèi)層金屬套筒8的頂部設(shè)置有絕緣蓋板15以及在內(nèi)層金屬套筒8的頂部邊緣設(shè)置有高壓接線柱12,在該絕緣蓋板15的中心設(shè)置有出氣通道,出氣通道的出氣口 2從外層絕緣殼體19的頂部引出,且在外層絕緣殼體19的頂部還設(shè)置有進(jìn)氣口 I,外層絕緣殼體19的側(cè)壁上設(shè)置有高壓引線通孔14,外層絕緣殼體19、絕緣蓋板15以及絕緣擋板10之間形成的腔體為氣體緩沖腔3,內(nèi)層金屬套筒8、絕緣擋板10以及外層金屬套筒9之間形成的腔體為外層處理腔4,內(nèi)層金屬套筒8與絕緣蓋板15之間形成的腔體為內(nèi)層處理腔5,在外層處理腔4與內(nèi)層處理腔5的底部為廢液腔,且在外層金屬套筒9底部的側(cè)壁上安裝有廢液閥17。
[0029]其中,在絕緣擋板10上的氣道通孔11的數(shù)量為4、8或16個(gè),且氣道通孔11的開設(shè)遵循均勻?qū)ΨQ為宜。
[0030]參見圖3和圖4,進(jìn)一步地,在絕緣擋板10的下表面均勻開設(shè)有若干道鋸齒形溝壑。當(dāng)外層處理腔4中的水分蒸發(fā)到絕緣擋板10上會(huì)凝聚成小液滴從鋸齒形尖端處掉下,從而水珠不會(huì)沿著絕緣擋板10流動(dòng),這樣的絕緣設(shè)計(jì)可防止正負(fù)高壓在絕緣擋板10表面形成閃絡(luò)。
[0031]外層金屬套筒9和內(nèi)層金屬套筒8的材質(zhì)均為不銹鋼,因?yàn)椴讳P鋼具有良好導(dǎo)電性、抗氧化性和抗腐蝕性能,外層金屬套筒9的直徑為120mm,厚度為2mm,長為500mm,內(nèi)層金屬套筒8的直徑為60mm,厚度為2mm,長為500臟。內(nèi)接地電極6的直徑為10mm。
[0032]針電極7的材質(zhì)為鈦合金或鶴合金,因?yàn)殁伜辖鸹蝥Q合金具有優(yōu)越導(dǎo)電性、抗氧化性、抗腐蝕性的優(yōu)點(diǎn),針電極7的直徑為0.7mm,針尖夾角為60°,針尖半徑為0.05mm。
[0033]絕緣擋板10和絕緣蓋板15采用聚四氟乙烯或玻璃鋼板制成,因?yàn)榫鬯姆蚁┗虿Aт摪寰哂辛己玫碾娊^緣性和機(jī)械韌性,但不僅限于以上絕緣介質(zhì)材料。
[0034]具體來說,絕緣擋板10的內(nèi)側(cè)接觸高壓電極,而絕緣擋板10的外側(cè)接觸地電極,并且工廠廢氣中的水分含量往往很大,采用普通的平板材料做絕緣擋板,水滴容易在絕緣擋板10的下表面貫穿流動(dòng)而形成沿面閃絡(luò)。而采用本發(fā)明的絕緣結(jié)構(gòu),當(dāng)外層處理腔中的水分凝集在絕緣擋板的下表面并形成水滴時(shí),水滴會(huì)沿著各個(gè)鋸齒形的尖端落下,而不會(huì)在絕緣擋板10的下表面形成貫穿通道,從而能夠避免該處沿面閃絡(luò)的出現(xiàn)。
[0035]廢氣處理腔及其電極設(shè)計(jì)是本發(fā)明的核心內(nèi)容。外層處理腔4由內(nèi)層金屬套筒8與外層金屬套筒9所隔區(qū)域構(gòu)成,在內(nèi)層金屬套筒9的外表面裝有大量垂直于圓筒表面的針電極7;內(nèi)層處理腔5由內(nèi)接地電極6與內(nèi)層金屬套筒8所隔區(qū)域構(gòu)成,在內(nèi)層金屬套筒8的內(nèi)表面裝有大量垂直與筒表面的針電極內(nèi)層處理腔的頂部為密封絕緣蓋板15,在絕緣蓋板15上開設(shè)有氣體出口 2。在內(nèi)層金屬套筒5的內(nèi)外表面鋪設(shè)上述針電極16根/排(同排針間距10.8mm),每排間隔10mm?;谠撛O(shè)計(jì)的電場(chǎng)仿真結(jié)果顯示外層處理腔4和內(nèi)層處理腔5全部區(qū)域都有可觀電場(chǎng),避免出現(xiàn)等離子體漏區(qū)而使部分待處理氣體沒能被處理至IJ,另外,外層處理腔4和內(nèi)層處理腔5電場(chǎng)相對(duì)較低(其等離子體能量低),而內(nèi)層處理腔5電場(chǎng)相對(duì)較強(qiáng)(其等離子體能量高),這樣做的目的是使低能量密度的等離子體主要用于除塵除濕等,而高能量密度的等離子體主要用于廢氣分子降解,如此安排,能夠大大提高該裝置的廢氣處理效率,并極大的提高能效,降低運(yùn)行中的電能消耗。
[0036]外層處理腔4和內(nèi)層處理腔5采用同軸多針-板結(jié)構(gòu),電場(chǎng)不均勻系數(shù)大,放電電壓低從而降低了運(yùn)行能耗,同時(shí)電壓可調(diào)范圍大,適用范圍廣;采用內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu),將低溫等離子體除塵和廢氣降解分開,避免了廢氣中粉塵等對(duì)廢氣分子降解的影響,大大提高了能量利用率,并使得反應(yīng)器結(jié)構(gòu)更加緊湊;內(nèi)層處理腔5的針電極7表面載入了金屬氧化物催化劑,可顯著提高廢氣分子降解效率并抑制副產(chǎn)物的生成。
[0037]外層處理腔4和內(nèi)層處理腔5中收集的水分、顆粒物等物質(zhì)將聚集到廢液腔16中,通過廢液閥17排出,從而防止廢液腔16腔體內(nèi)積液過多,從而使得該套裝置能夠在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。
[0038]參見圖5,在高壓接線端14和接地端13接入高壓電源,高壓電極與接地電極之間施加直流或者是脈沖電壓,電壓幅值為7kV?12kV,內(nèi)外層處理腔的有效處理體積為5.65L處理廢氣氣量為l_40L/min,根據(jù)實(shí)際需求,可通過調(diào)節(jié)氣流速度,調(diào)節(jié)電源電壓大小以及廢氣的溫度濕度等來改變等離子體的能量密度以及其中的活性粒子成份,以達(dá)到預(yù)期的處理效果。
[0039]以上所述,僅為本發(fā)明的實(shí)施案例,但本發(fā)明的保護(hù)不僅僅局限于此,任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi),根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及發(fā)明構(gòu)思加以移植或者改變,均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,其特征在于:包括金屬底座(18)和設(shè)置在金屬底座(18)上的外層金屬套筒(9),外層金屬套筒(9)的頂部依次設(shè)置有絕緣擋板(10)和外層絕緣殼體(19),該絕緣擋板(10)的中心開設(shè)有通孔,且在絕緣擋板(10)上周向均勻開設(shè)有若干氣道通孔(11);內(nèi)層金屬套筒(8)穿過絕緣擋板(10)的中心通孔并固定在絕緣擋板(10)上,在內(nèi)層金屬套筒(8)的側(cè)壁上設(shè)置有若干針電極(7),在內(nèi)層金屬套筒(8)內(nèi)設(shè)置有內(nèi)接地電極(6),且內(nèi)接地電極(6)的底部固定在金屬底座(18)上,在內(nèi)層金屬套筒(8)的頂部設(shè)置有絕緣蓋板(15)以及在內(nèi)層金屬套筒(8)的頂部邊緣設(shè)置有高壓接線柱(12),在該絕緣蓋板(15)的中心設(shè)置有出氣通道,出氣通道的出氣口(2)從外層絕緣殼體(19)的頂部引出,且在外層絕緣殼體(19)的頂部還設(shè)置有進(jìn)氣口(I),外層絕緣殼體(19)的側(cè)壁上設(shè)置有高壓引線通孔(14),外層絕緣殼體(19)、絕緣蓋板(15)以及絕緣擋板(10)之間形成的腔體為氣體緩沖腔(3),內(nèi)層金屬套筒(8)、絕緣擋板(10)以及外層金屬套筒(9)之間形成的腔體為外層處理腔(4),內(nèi)層金屬套筒(8)與絕緣蓋板(15)之間形成的腔體為內(nèi)層處理腔(5),在外層處理腔(4)與內(nèi)層處理腔(5)的底部為廢液腔,且在外層金屬套筒(9)底部的側(cè)壁上安裝有廢液閥(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,其特征在于:若干針電極(X)垂直于內(nèi)層金屬套筒⑶的側(cè)壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,其特征在于:在絕緣擋板(10)上的氣道通孔(11)的數(shù)量為4、8或16個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,其特征在于:在絕緣擋板(10)的下表面均勻開設(shè)有若干道鋸齒形溝壑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,其特征在于:外層金屬套筒(9)的材質(zhì)為不銹鋼,其直徑為120mm,厚度為2mm,長為500mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,其特征在于:內(nèi)層金屬套筒⑶的材質(zhì)為不銹鋼,其直徑為60臟,厚度為2mm,長為500mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,其特征在于:內(nèi)接地電極(6)的直徑為10mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,其特征在于:針電極(7)的材質(zhì)為鈦合金或鎢合金,其直徑為0.7mm,針尖夾角為60°,針尖半徑為0.05mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層套筒式電暈等離子體發(fā)生裝置,其特征在于:絕緣擋板(10)和絕緣蓋板(15)采用聚四氟乙烯或玻璃鋼板制成。
【文檔編號(hào)】B01D53/32GK104128077SQ201410334415
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】張冠軍, 廖文龍, 常正實(shí), 穆海寶, 鄧軍波, 趙景聯(lián) 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)