CN101720163A

CN101720163A - 大气压下介质阻挡类辉光放电反应器

Info

Publication number: CN101720163A
Application number: CN200810141588A
Authority: CN
Inventors: 孙岩洲; 刘璐; 聂爱玲; 雷乃清
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: CN101720163B

Abstract

本发明公开了一种大气压下介质阻挡类辉光放电反应器，从内到外依次包括细线电极、阻挡介质和外电极，外电极和阻挡介质之间设有筛网，筛网中网孔的孔径为0.01～0.08mm，构成筛网的钢丝直径为0.03～0.08mm。本发明在外电极和介质阻挡层之间覆一层筛网结构，它能同时具有电晕放电和介质阻挡放电的优点。筛网直接和阻挡介质的背面相接触，其网线交点不均匀，使得在外加电压作用下，网线交点处的电场要略高于其它地方，在气隙击穿前发生电晕放电，起到了电晕预电离的作用，这种电晕的预电离作用能够降低气隙放电场强，从而限制了电子崩增长幅度。又由于阻挡介质的存在，抑制了电弧的出现，使得放电表现为均匀稳定的扩散模式。

Description

大气压下介质阻挡类辉光放电反应器

技术领域

本发明涉及一种放电反应器，尤其是涉及一种在大气压下，同轴线管结构介质阻挡类辉光放电反应器。

背景技术

大气压介质阻挡辉光放电能产生非平衡均匀等离子体，非平衡等离子体又称低温等离子体，是由电子、离子、活性粒子、分子和自由基等粒子组成的部分电离气体。其中电子温度很高，能量在10eV左右，粒子温度接近常温。在非平衡等离子体状态下，许多通常不发生，或者需要极其苛刻条件的化学反应，在常温常压和无催化剂的条件下都可以发生。由于辉光放电产生的低温等离子体其功率密度适中且分布均匀，使其广泛应用于材料表面改性，静电除尘，控制污染，有机化合物合成，二氧化碳激光器，以及近年来发展起来的等离子光源和等离子平面显示器等，因此，低温等离子体显示了其良好的应用前景。

低温等离子体的产生方法一般有电晕放电，辉光放电，介质阻挡放电，射频电晕放电等。在大气压下，电晕放电和无声放电产生的低温等离子体比较具有工业应用前景。电晕放电和介质阻挡放电用在产生低温等离子体方面，各自都有自己的特点。

电晕放电常发生在不均匀电场中场强较高的区域内，尤其在曲率半径很小的尖端电极附近，由于局部电场强度超过气体的电离强度，使气体发生电离，因而出现电晕放电。电晕放电对电源功率要求相对较低。电晕放电生成的等离子体空间狭小，活性离子浓度低，且不均匀。在现有技术条件下，直流高电压电晕放电的电场强度约为10KV/cm，电子浓度小于10⁶/cm³，电子平均能量小于1.5eV。电压窄脉冲电晕放电的电场强度约为20KV/cm，电子浓度小于10⁷/cm³，电子平均能量低于3eV。

介质阻挡放电是有固体绝缘介质插入放电空间的一种气体放电形式，通常表现为时空随机分布的丝状放电形式，它是一种放电着火又猝灭的暂态过程，属无声放电机理范畴，只有在交变电场作用下，放电才呈准连续工作状态。电介质的分布电容对于微放电的形成起着十分重要的镇流作用。介质阻挡放电的电场强度大于120KV/cm，电子浓度大于10¹⁵/cm³，电子平均能量大于3eV，可以在放电间隙里形成大于400Td的强电场，电子从电场获得的平均能量大于10eV。介质阻挡放电能够在高气压和很宽的频率范围内工作，通常的工作气压为10⁴-10⁶Pa，电源频率可从50Hz到1MHz。

由以上分析可知，电晕放电的放电电流小，功耗低，尖端电极附近的电场强度很高，易产生大量活性粒子，但形成的低温等离子体存在电子平均能量低的缺点。而在介质阻挡强放电产生的低温等离子体中，电子浓度和电子平均能量很大，但其功率很小，微放电峰值电流一般小于几安培，并且介质加热需要消耗能量，电极间距离狭窄，效率低。因此，在大气压下，电晕放电和介质阻挡放电DBD都不是产生低温等离子体的理想方法。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中辉光放电需要在密封的低气压管中进行的局限性，提供一种能够在大气压下稳定均匀放电的介质阻挡类辉光放电反应器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明从内到外依次包括细线电极、阻挡介质和外电极，上述的外电极和阻挡介质之间设有筛网，筛网中网孔的孔径为0.01～0.08mm，构成筛网的钢丝直径为0.03～0.08mm。

上述筛网中每个网孔的孔径相同，其孔径为0.04mm，筛网的钢丝直径为0.035mm。

上述阻挡介质采用玻璃或树脂或聚四氟乙烯管状电介质，其紧贴筛网。

上述的外电极是由铜皮绕成的管状结构，其外径为30～40mm，介质厚度为1～5mm，有效放电长度为300～500mm。

外电极为接地电极。

上述的细线电极为固定在构成阻挡介质中心的一根直径为0.1～1mm的细导线。

细线电极也可以为接地电极。

采用上述技术方案的本发明，在外电极和介质阻挡层之间覆一层筛网结构，解决现有技术中辉光放电需要在密封的低气压管中进行的局限性，它能同时具有电晕放电和介质阻挡放电的优点。本发明采用筛网直接和阻挡介质的背面相接触，其网线交点不均匀，使得在外加电压作用下，网线交点处的电场要略高于其它地方，在气隙击穿前发生电晕放电，起到了电晕预电离的作用，这种电晕的预电离作用能够降低气隙放电场强，从而限制了电子崩增长幅度。又由于阻挡介质的存在，抑制了电弧的出现，使得放电表现为均匀稳定的扩散模式。另外，当内部细线电极作为高压电极时，外加电压峰值小于14KV时，管中细导线的电离活性区放光，此时的放电为电子崩形式的电晕放电。当电压峰值升高到14kV～24kV时，管中气隙出现稳定发光，此时线电极周围的高场强引发汤生碰撞电离，而外围气隙的电场强度较低，出现离子和光子的扩散以及光游离。由于阻挡介质抑制了电弧的出现，从而使得放电表现为稳定的扩散模式。此时的放电电流幅值比电晕电流大，电流波形也较为连续。

附图说明

图1为本发明中外电极作为接地电极的结构示意图；

图2为本发明中细线电极作为接地电极的结构示意图；

图3为图1的纵截面的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1、图3所示，本实施例从内到外依次包括细线电极4、阻挡介质3和外电极1，在外电极1和阻挡介质3之间设有筛网2，筛网2直接和阻挡介质3的背面相接触，其网线交点不均匀。筛网2中所有网孔的孔径大小不一，可以为0.01mm～0.08mm中的任何一个数值，即可以为0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm中的任何一个值，另外钢丝的直径为0.03mm。上述的阻挡介质3为采用玻璃的管状电介质，其紧贴筛网2。外电极1是由铜皮绕成的管状结构，其外径为30mm，内径为32mm，介质厚度为1mm，有效放电长度为300mm。细线电极4为固定在构成阻挡介质3中心的一根直径为0.1mm的细导线。在本实施例中外电极1为接地电极。

本发明的原理是：

低气压下的辉光放电易于获得，例如日常使用的荧光灯，但在高气压下，放电机制会出现变化。要在大气压下获得稳定的扩散模式放电就必须限制电子崩增长幅度。在高气压下，电子经历多次碰撞是不可避免的，限制电子崩发展的一种可能方法是限制电子的碰撞电离系数α。由于α随气隙场强的增大而增大，因此要压制电子崩发展就必须设法降低气体的击穿场强，也就是说在低电场下产生电子。空气在大气压下的击穿场强十分高，其平均击穿场强约为30kV/cm，限制其放电电子崩的发展是一件十分困难的事情。常压下气体放电起始于汤生放电，随着时间的推移，它会依次进入辉光、细丝放电并最终形成弧光放电。当放电不能稳定在辉光放电阶段时，它将转化为丝状放电，即常规DBD。对于像空气等高击穿强度的气体来说，必须采取一些其它的方式来产生二次电子或者形成预电离，从而产生较为均匀的扩散模式放电，如：限制电流密度的自由增长、利用特殊介电性能的阻挡介质、采用紫外光照射阴极等。本发明采用筛网直接和阻挡介质的背面相接触，其网线交点不均匀，使得在外加电压作用下，网线交点处的电场要略高于其它地方，在气隙击穿前发生电晕放电，起到了电晕预电离的作用，这种电晕的预电离作用能够降低气隙放电场强，从而限制了电子崩增长幅度。又由于阻挡介质的存在，抑制了电弧的出现，使得放电表现为均匀稳定的扩散模式

实施例2

如图2所示，本实施例从内到外依次包括细线电极4、阻挡介质3和外电极1，在外电极1和阻挡介质3之间设有筛网2，筛网2直接和阻挡介质3的背面相接触，其网线交点不均匀。筛网2中所有网孔的孔径大小不一，可以为0.01mm～0.08mm中的任何一个数值，即可以为0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06m、0.07m、0.08mm中的任何一个值，另外钢丝的直径为0.05mm。上述的阻挡介质3为采用树脂的管状电介质，其紧贴筛网2。外电极1是由铜皮绕成的管状结构，其外径为33mm，内径为33mm，介质厚度为2mm，有效放电长度为350mm。细线电极4为固定在构成阻挡介质3中心的一根直径为1mm的细导线。在本实施例中细线电极4为接地电极。

其他技术特征和工作原理与实施例1相同。

实施例3

本实施例从内到外依次包括细线电极4、阻挡介质3和外电极1，在外电极1和阻挡介质3之间设有筛网2，筛网2直接和阻挡介质3的背面相接触，其网线交点不均匀。筛网2中所有网孔的孔径大小相同，均为0.04mm，另外钢丝的直径为0.035mm。上述的阻挡介质3为采用聚四氟乙烯的管状电介质，其紧贴筛网2。外电极1是由铜皮绕成的管状结构，其外径为36mm，内径为32mm，介质厚度为3mm，有效放电长度为400mm。细线电极4为固定在构成阻挡介质3中心的一根直径为0.3mm的细导线。在本实施例中外电极1为接地电极。

其他技术特征和工作原理与实施例1相同。

实施例4

本实施例从内到外依次包括细线电极4、阻挡介质3和外电极1，在外电极1和阻挡介质3之间设有筛网2，筛网2直接和阻挡介质3的背面相接触，其网线交点不均匀。筛网2中所有网孔的孔径大小相同，均为0.01mm，另外钢丝的直径为0.07mm。上述的阻挡介质3为采用玻璃的管状电介质，其紧贴筛网2。外电极1是由铜皮绕成的管状结构，其外径为39mm，内径为32mm，介质厚度为4mm，有效放电长度为450mm。细线电极4为固定在构成阻挡介质3中心的一根直径为0.6mm的细导线。在本实施例中细线电极4为接地电极。

其他技术特征和工作原理与实施例1相同。

实施例5

本实施例从内到外依次包括细线电极4、阻挡介质3和外电极1，在外电极1和阻挡介质3之间设有筛网2，筛网2直接和阻挡介质3的背面相接触，其网线交点不均匀。筛网2中所有网孔的孔径大小相同，均为0.06mm，另外钢丝的直径为0.04mm。上述的阻挡介质3为采用树脂的管状电介质，其紧贴筛网2。外电极1是由铜皮绕成的管状结构，其外径为40mm，内径为32mm，介质厚度为5mm，有效放电长度为500mm。细线电极4为固定在构成阻挡介质3中心的一根直径为0.9mm的细导线。在本实施例中外电极1为接地电极。

其他技术特征和工作原理与实施例1相同。

实施例6

本实施例从内到外依次包括细线电极4、阻挡介质3和外电极1，在外电极1和阻挡介质3之间设有筛网2，筛网2直接和阻挡介质3的背面相接触，其网线交点不均匀。筛网2中所有网孔的孔径大小相同，均为0.08mm，另外钢丝的直径为0.06mm。上述的阻挡介质3为采用聚四氟乙烯的管状电介质，其紧贴筛网2。外电极1是由铜皮绕成的管状结构，其外径为35mm，内径为32mm，介质厚度为2.5mm，有效放电长度为420mm。细线电极4为固定在构成阻挡介质3中心的一根直径为0.8mm的细导线。在本实施例中细线电极4为接地电极。

其他技术特征和工作原理与实施例1相同。

实施例7

本实施例从内到外依次包括细线电极4、阻挡介质3和外电极1，在外电极1和阻挡介质3之间设有筛网2，筛网2直接和阻挡介质3的背面相接触，其网线交点不均匀。筛网2中所有网孔的孔径大小不一，可以为0.01mm～0.08mm中的任何一个数值，即可以为0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm中的任何一个值，另外钢丝的直径为0.08mm。上述的阻挡介质3为采用玻璃的管状电介质，其紧贴筛网2。外电极1是由铜皮绕成的管状结构，其外径为32mm，内径为32mm，介质厚度为3.5mm，有效放电长度为450mm。细线电极4为固定在构成阻挡介质3中心的一根直径为0.2mm的细导线。在本实施例中外电极1为接地电极。

其他技术特征和工作原理与实施例1相同。

Claims

1.一种大气压下介质阻挡类辉光放电反应器，从内到外依次包括细线电极(4)、阻挡介质(3)和外电极(1)，其特征在于：所述的外电极(1)和阻挡介质(3)之间设有筛网(2)，所述筛网(2)中网孔的孔径为0.01～0.08mm，构成筛网的钢丝直径为0.03～0.08mm。

2.根据权利要求1所述的大气压下介质阻挡类辉光放电反应器，其特征在于：所述筛网(2)中每个网孔的孔径相同，其孔径为0.04mm，筛网(2)的钢丝直径为0.035mm。

3.根据权利要求1或2所述的大气压下介质阻挡类辉光放电反应器，其特征在于：所述阻挡介质(3)采用玻璃或树脂或聚四氟乙烯管状电介质，其紧贴筛网(2)。

4.根据权利要求3所述的大气压下介质阻挡类辉光放电反应器，其特征在于：所述的外电极(1)是由铜皮绕成的管状结构，其外径为30～40mm，介质厚度为1～5mm，有效放电长度为300～500mm。

5.根据权利要求4所述的大气压下介质阻挡类辉光放电反应器，其特征在于：所述的外电极(1)为接地电极。

6.根据权利要求3所述的大气压下介质阻挡类辉光放电反应器，其特征在于：所述细线电极(4)为固定在构成阻挡介质(3)中心的一根直径为0.1～1mm的细导线。

7.根据权利要求6所述的大气压下介质阻挡类辉光放电反应器，其特征在于：所述的细线电极(4)为接地电极。