CN102595757A - 产生大体积大气压等离子体的三电极放电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种产生大体积大气压等离子体的三电极装置，包括有同轴介质管、接地平板水电极、钨针电极和低温等离子体发生电源；同轴介质管为带轴向中心内腔且截面呈U形的双层管状密闭容器体，在密闭容器体的侧壁上开有灌注工作气体用的进气口；钨针电极从同轴介质管的封口端穿入同轴介质管的中心内腔中，其前端位于同轴介质管中心内腔的敞口端处，其后端与低温等离子体发生电源的输出电极电连接；接地平板水电极位于同轴介质管敞口端的外侧，并与低温等离子体发生电源的接地电极电连接。本发明可用于制造等离子体灯、等离子体显示、薄膜产生以及表面改性等技术领域，还可生成臭氧，用于废水废气的处理、杀菌消毒和等离子体隐身等。

Description

产生大体积大气压等离子体的三电极放电装置
技术领域
本发明涉及一种气体放电装置，具体地说是一种产生大体积大气压等离子体的三电极放电装置。
背景技术
大气压等离子体已经成为低温等离子体研究和应用的热点。目前，大气压下产生低温等离子体的常规方式有：电晕放电、弧光放电、介质阻挡放电、喷枪等方式。这些产生方式存在的不足之处分别是：电晕放电所产生的等离子体微弱瘦小且效率很低，不适合大规模的工业应用；弧光放电所产生的等离子体能量密度高，但却需要更高的能量来产生等离子体，同时所产生的等离子体处于热平衡状态，气体温度很高，因此容易损伤工件；介质阻挡放电的放电区域仅发生在两个极板之间的狭小区域，所产生的非平衡低温等离子体面积较大，但该等离子体的气隙宽度很小；喷枪装置所产生的低温等离子体的截面积较小。上述常规方式所产生的低温等离子体的体积普遍较小，因而，在工业应用的范围上具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的就是提供一种产生大体积大气压等离子体的三电极放电装置,以解决常规方式所产生的低温等离子体的体积较小的问题。
本发明是这样实现的：一种产生大体积大气压等离子体的三电极放电装置，包括有同轴介质管、接地平板水电极、钨针电极和低温等离子体发生电源；所述同轴介质管为带轴向中心内腔且截面呈U形的双层管状密闭容器体，在所述密闭容器体中充满水，在所述密闭容器体的侧壁上开有通向中心内腔、用以灌注工作气体的进气口；所述钨针电极从所述同轴介质管的封口端穿入所述同轴介质管的中心内腔中，所述钨针电极的前端位于所述同轴介质管中心内腔的敞口端处，所述钨针电极的后端与所述低温等离子体发生电源的输出电极电连接；所述接地平板水电极位于所述同轴介质管敞口端的外侧，并与所述低温等离子体发生电源的接地电极电连接。
所述钨针电极位于所述同轴介质管的轴心线上。
所述接地平板水电极为两端设置电介质的筒状封闭容器体，在所述封闭容器体中充满水。
所述同轴介质管中心内腔的敞口端为喇叭状、平口状或圆锥状。
所述低温等离子体发生电源是输出电压为0—40KV、电压频率为0—13.56MHz、输出电压的波形为脉冲波、正弦波或方波的高压电源。
所述同轴介质管采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟材料制作成型。
所述同轴介质管与所述接地平板水电极之间的间距为0—10cm。
所述工作气体为空气、氩气、氮气或氦气中的一种，或是任意两种以上的混合体。
本发明是以钨针电极作为第一电极，以同轴介质管作为第二电极，以接地平板水电极作为第三电极，由此构成了一种产生低温等离子体用的三电极放电装置。当低温等离子体发生电源的交流、高频、脉冲输出电压施加到三个电极上之后，在每半周期的主放电开始之前，由钨针电极与同轴介质管内腔间形成的介质阻挡放电区先被放电点燃，这个放电过程所产生的紫外线和活性粒子可以在由同轴介质管与接地平板水电极之间形成的主放电区快速产生种子电子，从而帮助将主放电区的气体击穿，使主放电区的电极放电，产生低温等离子体。
与传统的两电极DBD相比，本发明同轴DBD所产生的紫外线以及活性粒子可以不经阻挡地进入主放电区，能在主放电区产生高密度种子电子。而种子电子的密度越高，气体击穿电压被降低的程度就越大，因此，本发明三电极放电装置可以在较低电压下产生放电。由于本发明三电极放电装置显著地降低了击穿电压，因此产生的等离子体的体积可明显增大，放电过程还易于控制，并具有更高的电子温度和能量密度。
本发明可用于制造等离子体灯、等离子体显示、薄膜产生以及表面改性等多种技术领域，还可生成臭氧，用于废水废气的处理、杀菌消毒和等离子体隐身等。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、低温等离子体发生电源，2、钨针电极，3、同轴介质管，4、介质阻挡放电区，5、敞口端，6、主放电区，7、接地平板水电极，8、电介质，9、进气口。
具体实施方式
如图1所示，本发明三电极放电装置包括同轴介质管3、接地平板水电极7、钨针电极2和低温等离子体发生电源1等四个部分。
其中，同轴介质管3为带轴向中心内腔且截面呈U形的双层管状密闭容器体，在该密闭容器体中充满水，在密闭容器体的侧壁上开有通向中心内腔的进气口9，用以灌注工作气体。所述工作气体可以是空气、氩气、氮气或氦气中的一种，或是任意两种以上的混合体。
钨针电极2为直柄细针体结构，固定于同轴介质管3中，即钨针电极2从同轴介质管3的封口端一侧穿入并穿接固定在同轴介质管的中心内腔中，位于同轴介质管3的轴心线上；钨针电极2的前端位于同轴介质管中心内腔的敞口端5处，该敞口端也是工作气体的出气口。同轴介质管3中心内腔的敞口端5可制成喇叭状、平口状或圆锥状等多种形状。同轴介质管3可采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟等材料制作成型。同轴介质管的管长为11—13cm，外层管的直径为2—4cm，内层管的直径为1—1.5cm；优选方案是，同轴介质管的管长为12cm，外层管的直径为3cm，内层管的直径为1.3cm，
接地平板水电极7为两端设置有平板状电介质8的筒状封闭容器体，在该封闭容器体中充满水。接地平板水电极7位于同轴介质管3的敞口端5一侧的外部，与同轴介质管3之间的间距可控制在0—10cm之间。
低温等离子体发生电源1是输出电压为0—40KV、电压频率为0—13.56MHz、输出电压的波形为脉冲波、正弦波或方波的高压电源，两个接线电极分为输出电极和接地电极，其输出电极与钨针电极2的后端相接，其接地电极与接地平板水电极7相接。
如图1所示，同轴介质管3与钨针电极2之间的区域为介质阻挡放电区4；同轴介质管3的敞口端与接地平板水电极7之间的区域为产生低温等离子体的主放电区6，主放电区的间距大小可根据具体要求而设定。

Claims (8)

1.一种产生大体积大气压等离子体的三电极放电装置，其特征在于，包括有同轴介质管（3）、接地平板水电极（7）、钨针电极（2）和低温等离子体发生电源（1）；所述同轴介质管（3）为带轴向中心内腔且截面呈U形的双层管状密闭容器体，在所述密闭容器体中充满水，在所述密闭容器体的侧壁上开有通向中心内腔、用以灌注工作气体的进气口（9）；所述钨针电极（2）从所述同轴介质管（3）的封口端穿入所述同轴介质管的中心内腔中，所述钨针电极的前端位于所述同轴介质管中心内腔的敞口端（5）处，所述钨针电极的后端与所述低温等离子体发生电源（1）的输出电极电连接；所述接地平板水电极（7）位于所述同轴介质管（3）敞口端的外侧，并与所述低温等离子体发生电源（1）的接地电极电连接。
2.根据权利要求1所述的三电极放电装置，其特征在于，所述钨针电极（2）位于所述同轴介质管（3）的轴心线上。
3.根据权利要求1所述的三电极放电装置，其特征在于，所述接地平板水电极（7）为两端设置电介质（8）的筒状封闭容器体，在所述封闭容器体中充满水。
4.根据权利要求1所述的三电极放电装置，其特征在于，所述同轴介质管（3）中心内腔的敞口端（5）为喇叭状、平口状或圆锥状。
5.根据权利要求1所述的三电极放电装置，其特征在于，所述低温等离子体发生电源（1）是输出电压为0—40KV、电压频率为0—13.56MHz、输出电压的波形为脉冲波、正弦波或方波的高压电源。
6.根据权利要求1所述的三电极放电装置，其特征在于，所述同轴介质管（3）采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟材料制作成型。
7.根据权利要求1所述的三电极放电装置，其特征在于，所述同轴介质管（3）与所述接地平板水电极（7）之间的间距为0—10cm。
8.根据权利要求1所述的三电极放电装置，其特征在于，所述工作气体为空气、氩气、氮气或氦气中的一种，或是任意两种以上的混合体。
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