CN117964041A - 多孔填充床式等离子体制备活化水的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多孔填充床式等离子体制备活化水的装置及方法。一种多孔填充床式等离子体制备活化水的装置，包括底座，所述底座的顶部配合安装有呈圆柱状且内部中空的外罩，所述外罩的顶部配合安装有顶盖，从而使得底座、顶盖与外罩之间形成密闭的放电空间；所述放电空间内底座的配合安装有填充床，所述填充床的中部贯穿安装有雾化装置；所述放电空间内的上方沿圆周均匀布置有数个放电电极，所述放电电极通过导电片与高压电源电连接，所述导电片固定安装于顶盖的内部；所述底座上设置有导电接头，所述导电接头与高压电源电连接。通过设置填充床，能够解决等离子体活化水制备效率低，处理面积小的问题，且放电效果稳定，安全系数高。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体活化水制备技术领域，尤其是一种多孔填充床式等离子体制备活化水的装置及方法。
背景技术
等离子体活化水通过空气放电在水中产生多种活性氮氧化物(·OH，O3，H2O2，NO2 –，NO3 –等)，无需添加任何化学试剂，便可在短时间内具有极强的生物化学活性和优异的杀菌性能，是一种绿色清洁、安全有效的新型生物化学技术，已在果蔬杀菌保鲜、促进种子萌芽、伤口表面抑菌等方面得到良好应用。
现有技术中的等离子体水处理装置制备活化水的效果差、能耗高、对活化水的处理量小；同时，其放电不稳定，容易在放电过程中产生电火花，存在安全隐患。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种多孔填充床式等离子体制备活化水的装置及方法，通过设置填充床，能够解决等离子体活化水制备效率低，处理面积小的问题，且放电效果稳定，安全系数高。
本发明所采用的技术方案如下：
一种多孔填充床式等离子体制备活化水的装置，包括底座，所述底座的顶部配合安装有呈圆柱状且内部中空的外罩，所述外罩的顶部配合安装有顶盖，从而使得底座、顶盖与外罩之间形成密闭的放电空间；
所述放电空间内底座的配合安装有填充床，所述填充床的中部贯穿安装有雾化装置；
所述放电空间内的上方沿圆周均匀布置有数个放电电极，所述放电电极通过导电片与高压电源电连接，所述导电片固定安装于顶盖的内部；
所述底座上设置有导电接头，所述导电接头与高压电源电连接，从而使得放电电极与高压电源之间形成闭合回路；
所述雾化装置将水雾均匀喷洒至填充床上，所述高压电源驱动放电电极放电，从而使得填充床内的水形成活化水。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述填充床均匀填充所述放电空间的下方，填充床的厚度为6mm-10mm，从而使得所述放电电极的底部端面与填充床的顶部端面之间的间距为10mm-20mm。
所述填充床的内部存在多层不规则排布的开口气孔，单个开口气孔的孔径范围为10ppi-30ppi。
所述雾化装置的结构为：包括呈圆柱状的雾化腔体，所述雾化腔体的内部设置蓄水空间，所述蓄水空间内配合安装有旋流片，雾化腔体通过软水管与外部水源连接，所述外部水源存放待处理水，所述软水管上配合安装有液泵；
所述雾化腔体的外侧壁上配合安装有套筒，所述套筒与雾化腔体之间采用螺纹连接方式；
所述雾化腔体的顶部配合安装有喷头；
所述液泵通过软水管将待处理水输送至蓄水空间内，所述蓄水空间内的待处理水通过喷头雾化形成水雾，并均匀喷洒至填充床。
所述底座采用导电材料，底座的外表面均匀包裹绝缘材料，底座的顶部端面均匀开设数个过孔，所述过孔用于使得所述放电空间内的水流出。
所述底座的底部配合安装有集水座，所述集水座的顶部设置用于集水的敞口，所述集水座通过集水管与储水箱连接，集水座敞口内的水通过集水管流入至储水箱内。
所述顶盖采用绝缘材料。
所述外罩采用透明石英玻璃。
所述放电电极的端头呈圆锥状。
一种基于上述的装置的多孔填充床式等离子体制备活化水的方法，包括如下步骤：
S1.启动雾化装置的液泵，按照设定流量将待处理水匀速压入雾化装置的雾化腔体内部，通过雾化装置的喷头将待处理水雾化形成水雾，并均匀喷洒在填充床上，喷洒至填充床上的水雾渗入至填充床的开口气孔内；
S2.启动高压电源，驱动放电电极放电，从而使得放电电极与与底座之间产生第一型放电细丝，同时，在填充床的开口气孔内产生第二型放电细丝；
所述第一型放电细丝放电产生等离子体，所述等离子体与第二型放电细丝直接作用填充床内的水分子，从而在填充床内大面积形成活化水；
S3.所述活化水通过底座上的过孔流入至集水座的敞口内，集水座敞口内的活化水通过集水管流入至储水箱中进行收集存储；
S4.所述活化水制备完成后，首先关闭高压电源，随后关闭液泵。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过设置填充床，能够极大地提高活化水的制备量，能够保证稳定放电，提高了对活化水的处理效果，降低了能耗，有效提高了活化水处理效率。
本发明还具有如下优点：
(1)本发明通过将放电电极的端头设置成圆锥状，能够稳定控制放电通路，实现放电均匀可控，从而提高了装置的放电效果，强化放电。
(2)本发明中通过设置多个均匀布置的放电电极，能够使得放电面积显著增大，可实现大面积活化水处理，进一步提高了水处理量。
(3)本发明中通过在填充床内部设置开口气孔，能够改变放电模式，能够将部分第一型放电细丝转换为第二型放电细丝，从而在开口气孔内产生微放电现象，极大地提高了放电稳定性和均匀性，提高了活化水制备效率。
(4)本发明中通过将待处理水以水雾形式喷洒在填充床上，同时，将填充床的厚度设置为6mm-10mm，能够增加待处理水在填充床内的停留时间，从而促进了气相活性物质向液相的转化，以及水中氮氧化物的生成，显著地提高了等离子体处理活化水的效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的爆炸图。
其中：1、底座；2、顶盖；3、外罩；4、过孔；5、雾化装置；6、填充床；7、集水座；8、储水箱；9、导电片；10、放电电极；11、高压电源；
501、雾化腔体；502、套筒；503、喷头；504、液泵；505、软水管。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
实施例一：
如图1-图2所示，本实施例的多孔填充床式等离子体制备活化水的装置，包括底座1，底座1的顶部配合安装有呈圆柱状且内部中空的外罩3，外罩3的顶部配合安装有顶盖2，从而使得底座1、顶盖2与外罩3之间形成密闭的放电空间；放电空间内底座1的配合安装有填充床6，填充床6的中部贯穿安装有雾化装置5；放电空间内的上方沿圆周均匀布置有数个放电电极10，放电电极10通过导电片9与高压电源11电连接，导电片9固定安装于顶盖2的内部；底座1上设置有导电接头，导电接头与高压电源11电连接，从而使得放电电极10与高压电源11之间形成闭合回路；雾化装置5将水雾均匀喷洒至填充床6上，高压电源11驱动放电电极10放电，从而使得填充床6内的水形成活化水。
填充床6均匀填充放电空间的下方，填充床6的厚度为6mm-10mm，从而使得放电电极10的底部端面与填充床6的顶部端面之间的间距为10mm-20mm；
填充床6的内部存在多层不规则排布的开口气孔，单个开口气孔的孔径范围为10ppi-30ppi；
填充床6由多孔性介电材料(如多孔泡沫陶瓷)制成，其内部不规则排布的开口气孔使得待处理水需要穿过多个气孔后才能流出填充床6，从而延长待处理水接受放电处理的时间，极大地改善了放电处理效果，促进了气相活性物质向液相的转化，增加了水中氮氧化物的生成，显著地提高了等离子体处理活化水的效果；
同时，填充床6改变了放电电极10的放电模式，能够将部分放电电极10与底座1之间的丝状放电转化为多孔泡沫陶瓷孔隙间的丝状微放电，极大地提高了放电电极10放电的稳定性和均匀性。
本实施例的装置包括底座1、顶盖2、外罩3、雾化装置5、填充床6、导电片9、放电电极10和高压电源11，其中，
底座1、顶盖2、外罩3合围成内部具有放电空间的密闭外壳框架，填充床6位于放电空间的下方，放电电极10位于放电空间的上方，导电片9镶嵌于顶盖2内，用于实现放电电极10与高压电源的电连接；
底座1本身采用导电材料制成，呈圆盘状，底座1的顶部端面均匀开设数个过孔4，过孔4用于使得放电空间内的水流出；
底座1的外表面均匀包裹绝缘材料(如聚四氟、陶瓷、刚玉等)，底座1的侧壁面向外延伸设置有接头，用于与高压电源11的接地端连接。
顶盖2采用绝缘材料(如聚四氟)，呈圆盘状。
外罩3采用透明石英玻璃，呈薄壁圆筒状。
放电电极10用于引导放电通路，其外侧面包裹绝缘材料，内部采用导电材料制成，整体呈柱状，端头呈圆锥状，更加有利于放电现象的发生，能够实现放电均匀可控。
高压电源11采用脉冲电源，其输出电压可达15kV以上，输出频率可达1kHz以上。
雾化装置5的结构为：包括呈圆柱状的雾化腔体501，雾化腔体501的内部设置蓄水空间，蓄水空间内配合安装有旋流片，用于提高喷头503的雾化喷射性能；
雾化腔体501通过软水管505与外部水源连接，外部水源存放待处理水，软水管505上配合安装有液泵504；
雾化腔体501的外侧壁上配合安装有套筒502，套筒502与雾化腔体501之间采用螺纹连接方式，从而能够调整喷头503的高度；
雾化腔体501的顶部配合安装有喷头503；液泵504通过软水管505将待处理水输送至蓄水空间内，蓄水空间内的待处理水通过喷头503雾化形成水雾，并均匀喷洒至填充床6。
底座1的底部配合安装有集水座7，集水座7的顶部设置用于集水的敞口，集水座7通过集水管与储水箱8连接，集水座7敞口内的水通过集水管流入至储水箱8内，储水箱8用于活化水储存；
集水座7呈圆盘状，直径略大于底座1的直径，以保证水流全收集。
本实施例的工作过程如下：
首先，旋转雾化腔体501，以调节好喷头503的高度，启动液泵504，将待处理水通过软水管505输送至雾化腔体501的蓄水空间内，并通过喷头503以水雾形式喷洒在多孔泡沫陶瓷的填充床6上；
然后，启动高压电源11，设置频率为2kHz，输出电压为15kV，放电电极10与底座1之间、填充床6的开口气孔内部均产生放电现象；
放电电极10与底座1之间放电产生的气相活性物质(如臭氧、羟基、氧负离子等)在填充床6的各个开口气孔内直接与待处理水作用，能够实现较高的气液传质效率；
同时，填充床6的各个开口气孔内的放电能够直接激发待处理水自身产生羟基、臭氧等强氧化性物质。
气相活性物质与待处理水自身产生的强氧化性物质使得待处理水具备强氧化性，从而形成活化水；
最后，活化水流入到储水箱8中进行收集保存。
实施例二：
本实施例基于实施例一的装置，提供一种多孔填充床式等离子体制备活化水的方法，包括如下步骤：
S1.启动雾化装置5的液泵504，按照设定流量将待处理水匀速压入雾化装置5的雾化腔体501内部，通过雾化装置5的喷头503将待处理水雾化形成水雾，并均匀喷洒在填充床6上，喷洒至填充床6上的水雾渗入至填充床6的开口气孔内；
待处理水可以是蒸馏水或水质干净的自来水，盛放在外部容器中，以保证水质不受污染；
设定流量一般设置为0-500ml/min，即保证软水管505内的待处理水流量在500ml/min以下；
S2.启动高压电源11，驱动放电电极10放电，从而使得放电电极10与底座1之间产生第一型放电细丝，同时，在填充床6的开口气孔内产生第二型放电细丝；
第一型放电细丝放电产生等离子体，等离子体与第二型放电细丝直接作用填充床6内的水分子，从而在填充床6内大面积形成活化水；
高压电源11的输出频率为2kHz，输出电压为15kV；
可以通过透明的外罩3观察放电空间内的状况，若无明显大面积放电现象产生，可进一步升高输出电压，直至大面积放电现象产生；
S3.活化水通过底座1上的过孔4流入至集水座7的敞口内，集水座7敞口内的活化水通过集水管流入至储水箱8中进行收集存储；
S4.活化水制备完成后，首先关闭高压电源11，随后关闭液泵504。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种多孔填充床式等离子体制备活化水的装置，其特征在于：包括底座(1)，所述底座(1)的顶部配合安装有呈圆柱状且内部中空的外罩(3)，所述外罩(3)的顶部配合安装有顶盖(2)，从而使得底座(1)、顶盖(2)与外罩(3)之间形成密闭的放电空间；
所述放电空间内底座(1)的配合安装有填充床(6)，所述填充床(6)的中部贯穿安装有雾化装置(5)；
所述放电空间内的上方沿圆周均匀布置有数个放电电极(10)，所述放电电极(10)通过导电片(9)与高压电源(11)电连接，所述导电片(9)固定安装于顶盖(2)的内部；
所述底座(1)上设置有导电接头，所述导电接头与高压电源(11)电连接，从而使得放电电极(10)与高压电源(11)之间形成闭合回路；
所述雾化装置(5)将水雾均匀喷洒至填充床(6)上，所述高压电源(11)驱动放电电极(10)放电，从而使得填充床(6)内的水形成活化水。
2.如权利要求1所述的多孔填充床式等离子体制备活化水的装置，其特征在于：所述填充床(6)均匀填充所述放电空间的下方，填充床(6)的厚度为6mm-10mm，从而使得所述放电电极(10)的底部端面与填充床(6)的顶部端面之间的间距为10mm-20mm。
3.如权利要求1所述的多孔填充床式等离子体制备活化水的装置，其特征在于：所述填充床(6)的内部存在多层不规则排布的开口气孔，单个开口气孔的孔径范围为10ppi-30ppi。
4.如权利要求1所述的多孔填充床式等离子体制备活化水的装置，其特征在于：所述雾化装置(5)的结构为：包括呈圆柱状的雾化腔体(501)，所述雾化腔体(501)的内部设置蓄水空间，所述蓄水空间内配合安装有旋流片，雾化腔体(501)通过软水管(505)与外部水源连接，所述外部水源存放待处理水，所述软水管(505)上配合安装有液泵(504)；
所述雾化腔体(501)的外侧壁上配合安装有套筒(502)，所述套筒(502)与雾化腔体(501)之间采用螺纹连接方式；
所述雾化腔体(501)的顶部配合安装有喷头(503)；
所述液泵(504)通过软水管(505)将待处理水输送至蓄水空间内，所述蓄水空间内的待处理水通过喷头(503)雾化形成水雾，并均匀喷洒至填充床(6)。
5.如权利要求1所述的多孔填充床式等离子体制备活化水的装置，其特征在于：所述底座(1)采用导电材料，底座(1)的外表面均匀包裹绝缘材料，底座(1)的顶部端面均匀开设数个过孔(4)，所述过孔(4)用于使得所述放电空间内的水流出。
6.如权利要求1所述的多孔填充床式等离子体制备活化水的装置，其特征在于：所述底座(1)的底部配合安装有集水座(7)，所述集水座(7)的顶部设置用于集水的敞口，所述集水座(7)通过集水管与储水箱(8)连接，集水座(7)敞口内的水通过集水管流入至储水箱(8)内。
7.如权利要求1所述的多孔填充床式等离子体制备活化水的装置，其特征在于：所述顶盖(2)采用绝缘材料。
8.如权利要求1所述的多孔填充床式等离子体制备活化水的装置，其特征在于：所述外罩(3)采用透明石英玻璃。
9.如权利要求1所述的多孔填充床式等离子体制备活化水的装置，其特征在于：所述放电电极(10)的端头呈圆锥状。
10.一种基于如权利要求1所述的装置的多孔填充床式等离子体制备活化水的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.启动雾化装置(5)的液泵(504)，按照设定流量将待处理水匀速压入雾化装置(5)的雾化腔体(501)内部，通过雾化装置(5)的喷头(503)将待处理水雾化形成水雾，并均匀喷洒在填充床(6)上，喷洒至填充床(6)上的水雾渗入至填充床(6)的开口气孔内；
S2.启动高压电源(11)，驱动放电电极(10)放电，从而使得放电电极(10)与与底座(1)之间产生第一型放电细丝，同时，在填充床(6)的开口气孔内产生第二型放电细丝；
所述第一型放电细丝放电产生等离子体，所述等离子体与第二型放电细丝直接作用填充床(6)内的水分子，从而在填充床(6)内大面积形成活化水；
S3.所述活化水通过底座(1)上的过孔(4)流入至集水座(7)的敞口内，集水座(7)敞口内的活化水通过集水管流入至储水箱(8)中进行收集存储；
S4.所述活化水制备完成后，首先关闭高压电源(11)，随后关闭液泵(504)。
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