脉冲放电

脉冲放电是什么

脉冲放电是在放电管的两电极间加上脉冲电压而产生的一种放电形式。带异种电荷的两电极之间，由于电势差的存在，发生电荷的转移，这叫放电。放电之后电荷减少，电势差降低，放电停止，如果有一个外加电源使电势差回到放电前的状态，那么就可以再次放电。如此循环，就形成了脉冲放电。

脉冲放电原理——脉冲放电电路

产生脉冲放电的原理电路工作时，先由直流电源通过电R对电容器C充电，当充到一定电量时，再在缠绕于放电管上的触发金属丝两端加上高压脉冲。使管内气体着火，电容器C随即通过放电管放电，在很短的时间里把贮藏在电容器中的大量电能以光能的形式释放出米，形成极强的闪光。放电随即熄火。

脉冲放电从开始到结束，整个过程都不断些化，所以是非稳态放电。其放电过程可以分为发生过程和发展过程两个阶段。在发生阶段，放电具有火花放电的性质，而在发展阶段，则类似于大电流的弧光放电。

随着电容器贮能的释放，使得加在放电仟两端的电压下降，管内电场相应地减弱，电予温度很快降低。当电容器供给放I乜管的能撼不足于维持放电时，放电就会熄灭。

以上讨论的脉冲放电的基本过程是通过贮能电容器放电来实现的。在放电过程中，电流方向保持不变，起初电流强度急剧增加，经过一个Z大值后兢迅速下降。产生这种脉冲放电的条件是：脉冲电压Z大值应高于直流放电的着火电压。这种放电形式称为直流脉冲放电。

脉冲放电应用——脉冲放电杀菌技术

用于液态食品的高压脉冲放电杀菌技术是目前冷杀菌研究中Z为活跃的课题之一。脉冲放电杀菌一般是把液态食品作为电介质置于杀菌容器内，与容器绝缘的两个放电电极也置于其中；利用高压脉冲发生器产生的脉冲电场对食品进行间歇式杀菌，或者使液态食品流经脉冲电场进行连续杀菌。

1、脉冲放电杀菌的机理

电脉冲的杀菌机理及效应归纳起来主要有强电流通透杀菌效应、强烈冲击波杀菌效应、脉冲放电化学杀菌效应3个方面。

强电流通透杀菌效应又称为细胞膜穿孔效应，利用强电流引起的微生物细胞膜穿孔效应，使微生物致死而达到杀菌目的。当有一个外部电场加到细胞两端时，会使膜的内外电势差增大而引起细胞膜的通透性剧增；另一方面，膜内外表面的相反电荷相互吸引而产生挤压力作用，以及高速运动的、具有极大动能的电子和离子产生撞击作用，使细胞膜上出现小孔，产生不可逆的损伤，又由于所施加的外电场是脉冲电场，电压在极短时间内（微秒、毫秒）激烈波动，会在细胞膜上产生振荡效应，细胞膜上出现的小孔变大，在这些因素的共同作用下，导致细胞不可逆破裂而趋于Z终崩溃。

当液态食品中产生脉冲放电时，蓄能系统（如蓄能电容器组）会把储存的大量能量在瞬间释放出来，使液体介质被击穿而形成放电通道，间隙电阻从绝缘状态迅速降到几分之一欧姆，放电通道内产生极大的脉冲冲击电流。如果在杀菌室内不断施加脉冲放电，就会不断产生冲击波，细菌细胞内部就处于持续不断的、剧烈的强迫振动，从而加速细菌的死亡速度。

另一方面，脉冲放电时在液体物料中产生的化学效应也可起到加速细菌死亡的作用。一般来说，放电电极为平行板状时的脉冲放电，其杀菌机理主要是细胞膜穿孔效应，而当电极为锐型时的流光放电杀菌，其机理则主要是冲击效应。

2、脉冲放电杀菌的特点

脉冲放电杀菌具有以下3个主要特点：

1）温升小 脉冲杀菌时的温升一般小于5℃，因而可有效地保存食品的营养成分和天然风味。处理后食品在物理性质、化学性质、营养成分等方面与新鲜食品的差别很小。

2）杀菌时间短、能耗低 杀菌时间一般为μs～ms级，用很低的能耗处理就可杀死99%的细菌，每吨液态食品灭菌耗电约为0.5～2.0kW·h，是高温杀菌耗能的1%。

3）杀菌效果明显 采用25kV/cm的电场强度，在60℃杀菌时，·细菌的存活率logN/No=10-9，杀菌率能满足商业无菌的要求。

高压脉冲放电应用——破解剩余污泥

破解剩余污泥利用高压脉冲放电产生的瞬间超高温高压形成的冲击波实现GX破解剩余污泥的一种新型装置与技术。该种装置可以GX的打散剩余污泥中的 菌胶团，烧蚀并破碎细菌细胞壁及大分子物质，促使细菌胞内物质流出，大幅度 提高剩余污泥的可生物降解性，为大规模GX处理剩余污泥提供了途径。该种装 置还可以通过变换不同的工艺参数应用于各个行业的灭菌和组织破碎等过程中，并发挥出很好的效果。

利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置，一般包括耐压容器、污泥流动管道、 放电电极、侧盖和绝缘螺母;所述耐压容器为壳体，并且在耐压容器上设有污泥 流动管道和电极插口;所述放电电极的放电端通过电极插口穿入容器内;所述绝 缘螺母套在电极外部将电极固定在耐压容器上;所述侧盖套在绝缘螺母外将绝缘 螺母固定在耐压容器上;所述装置除电极放电部位外，外表面均涂有绝缘材料;