CN103025040A - 利用水电极产生大面积沿面放电的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用水电极产生大面积沿面放电的装置，其结构包括密封罐及安装于所述密封罐内的放电装置，所述放电装置包括依序排布的若干U型管；所述U型管的每侧立管间隔对齐、相邻错开排成两列，每侧相邻的两列立管之间安装有绝缘介质板；所述各U型管的水平底管并排嵌入绝缘胶层中；各U型管的一立管内放置有水电极，相对齐的立管内所放置的水电极共接于高压交流电源的一输出端，另一列相对齐的立管内所放置的水电极共接于高压交流电源的另一输出端。与以往采用金属条镶嵌在绝缘介质中的固体电极介质阻挡沿面放电装置相比，本发明从根本上解决了放电电极的散热问题，延长了放电持续时间及使用寿命，提高了放电效率，降低了制作工艺技术要求，减少了放电装置制作成本。本装置在臭氧合成、杀菌消毒、材料处理及飞行器隐身等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体技术领域，具体地说是一种利用水电极产生大面积沿面放电的装置。
背景技术
介质阻挡沿面放电，是将两种不同极性的线状或者梳状电极交叉嵌入在绝缘介质中，在介质表面产生交流气体放电。沿面放电区具有能量集中、功率密度高、表面性好、易产生大面积等特点。近年来沿面放电在臭氧合成、杀菌消毒、污水处理、材料生长、表面改性、等离子体显示，航天器的等离子体隐身等众多领域具有广泛的应用前景。
以往的沿面放电装置采用金属条镶嵌于绝缘介质内制成电极，实现放电。这种放电装置不仅制备工艺复杂，制备成本高，而且因其散热性能较差而使放电时间受到限制。
发明内容
本发明的目的就是提供一种制备成本低，散热性能好，可延长放电时间的利用水电极产生大面积沿面放电的装置。
本发明进一步的目的是提供一种利用水电极产生大面积沿面放电的放电方法。
本发明的目的是这样实现的：
利用水电极产生大面积沿面放电的装置包括密封罐及安装于所述密封罐内的放电装置，所述放电装置包括依序排布的若干U型管；所述U型管立管上口敞开，每侧立管间隔对齐、相邻错开排成两列，每侧相邻的两列立管之间安装有绝缘介质板；所述各U型管的水平底管并排嵌入绝缘胶层中；各U型管的一立管内放置有水电极，相对齐的立管内所放置的水电极共接于高压交流电源的一输出端，另一列相对齐的立管内所放置的水电极共接于高压交流电源的另一输出端。
本装置中U型管的立管上口敞开，既方便散热也便于注水，能够保持底部始终有水，增进了放电的稳定性。本发明通过在相邻的U型管之间设置绝缘板，可有效解决立管的可能放电问题。本发明在立管内放置水电极，各水平底管并排嵌入绝缘胶层中实现大面积沿面放电，其将大量的热量通过U型管的表面及两口排出，与先前的固体电极相比，明显改善了大面积沿面放电过程中的散热问题，从而延长了放电时间，提升了放电的稳定性，最终提高了放电的效率。而且，本装置采用的U型管，与现有技术中的固体电极所使用的陶瓷片相比，具有价格低廉的优势；本装置可采用水作为导体，普通电线作为导线，与钨丝相比，价格降低很多，与金属条镶嵌金属介质所需的超高温烧结工艺相比，工艺技术要求低，更容易制作。绝缘胶和绝缘板的使用使绝缘材料的成本更低，从而可以节约大量的成本。
在上述技术方案下，本发明可以这样实现：
所述放电装置安装于降温水槽内，所述降温水槽为壁体空腔内注有冷水的凹型槽，所述壁体空腔的上口敞开，所述放电装置置于凹型槽的内底面上，所述U型管位于外侧的立管与所述降温水槽的内壁面相贴。采用这种结构设计，上口敞开的凹型槽通过上口有效放热，而与降温水槽内底面或内壁面的接触的放电装置及U型管立管可以充分降温，从而使放电装置的温度进一步降低。
所述水电极放置于每侧两列立管中的外面一列。
所述U型管为玻璃管或其它绝缘透明材料制成的管体，既可实现发明目的，又可降低成本。
所述密封罐上设有进气口和出气口。
所述各U型管的水平底管紧密排布。
本发明进一步的目的是这样实现的：
利用前述的放电装置的放电方法，包括以下步骤：
（1）向U型管内注水；
（2）向密封罐内充入空气含量为5% 的氩气至气压为1个大气压；
（3）高压交流电源的输出电压U=10-11kV, 频率范围f＝27-28kHz。
上述方法中，将所述放电装置安装于降温水槽内，所述降温水槽为壁体空腔内注有冷水的凹型槽，所述壁体空腔的上口敞开，所述放电装置置于凹型槽的内底面上，所述U型管位于外侧的立管与所述降温水槽的内壁面相贴。
本发明设计大量交错密排的U型管水电极，并设计适宜的气体成分、气压、外加电压和电源频率等条件形成大面积表面等离子体，进一步拓展实现大面积表面等离子体的设计思路。对于推动等离子体在工业中杀菌、消毒、材料的处理等各个方面的应用将具有深远的意义和广泛的影响。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是水平底管与绝缘胶层的位置关系示意图。
图4是大面积沿面放电图。
具体实施方式
下面结合结构示意图对本发明的具体实施方式做进一步说明
图1、图2、图3所示，利用水电极产生大面积沿面放电的装置包括密封罐4及安装于所述密封罐内的放电装置，所述放电装置包括依序排布的若干U型管2；所述U型管的每侧立管21间隔对齐、相邻错开排成两列，每侧相邻的两列立管之间安装有绝缘介质板3；所述各U型管的水平底管22并排嵌入绝缘胶层5中；各U型管的一立管内放置有水电极23，相对齐的立管内所放置的水电极共接于高压交流电源8的一输出端，另一列相对齐的立管内所放置的水电极共接于高压交流电源8的另一输出端。
为提高对放电装置的降温效果，本发明较好的实施方式是将所述放电装置安装于降温水槽内，所述降温水槽为壁体空腔内注有冷水的凹型槽，所述壁体空腔的上口敞开，所述放电装置置于凹型槽的内底面上，所述U型管位于外侧的立管与所述降温水槽的内壁面相贴。
本发明中，所述水电极放置于每侧两列立管中的外面一列。以更好地避免两列电极近距离接触所造成的连电问题，从而提高放电装置的工作稳定性。
本发明中，所述U型管可以选用玻璃管或其它绝缘透明材料制成的管体。
本发明中，所述密封罐4上设有进气口6和出气口7。
本发明中，所述各U型管的水平底管紧密排布，以减小放电体之间距离，从而降低所需的击穿电压。
前述放电装置中，选择外径为0.5cm，水平底管长为15cm的玻璃管做U型管，所述绝缘介质板厚度为2cm，进行放电的方法包括以下步骤：（1）向U型管内注水；（2）向密封罐内充入空气含量为5% 的氩气至气压为1个大气压；（3）调节高压交流电源频率范围27-28kHz，逐渐升高外加电压，使高压交流电源的输出电压U=10-11kV，首先观察到几个“H”型放电丝；“H”型放电丝逐渐增多，越来越密，几乎充斥整个面积；“H”型放电丝逐渐变密，形成大面积沿面放电。图4为本发明的装置在前述放电条件下产生放电时的照片。
本发明的放电方法中，优选将所述放电装置安装于降温水槽内，所述降温水槽为壁体空腔内注有冷水的凹型槽，所述壁体空腔的上口敞开，所述放电装置置于凹型槽的内底面上，所述U型管位于外侧的立管与所述降温水槽的内壁面相贴。
与以往采用金属条镶嵌在绝缘介质中的固体电极介质阻挡沿面放电装置相比，本发明从根本上解决了放电电极的散热问题，延长了放电持续时间及使用寿命，提高了放电效率，降低了制作工艺技术要求，减少了放电装置制作成本。本装置在臭氧合成、杀菌消毒、材料处理及飞行器隐身等领域具有广泛的应用前景。
本发明列举的具体实施方式旨在更进一步地阐明本放电装置及相应的放电方法，而不构成对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种利用水电极产生大面积沿面放电的装置，包括密封罐及安装于所述密封罐内的放电装置，其特征是，所述放电装置包括依序排布的若干U型管；所述U型管的每侧立管间隔对齐、相邻错开排成两列，每侧相邻的两列立管之间安装有绝缘介质板；所述各U型管的水平底管并排嵌入绝缘胶层中；各U型管的一立管内放置有水电极，相对齐的立管内所放置的水电极共接于高压交流电源的一输出端，另一列相对齐的立管内所放置的水电极共接于高压交流电源的另一输出端。
2.根据权利要求1所述的利用水电极产生大面积沿面放电的装置，其特征是，所述放电装置安装于降温水槽内，所述降温水槽为壁体空腔内注有冷水的凹型槽，所述壁体空腔的上口敞开，所述放电装置置于凹型槽的内底面上，所述U型管位于外侧的立管与所述降温水槽的内壁面相贴。
3.根据权利要求1所述的利用水电极产生大面积沿面放电的装置，其特征在于所述水电极放置于每侧两列立管中的外面一列。
4.根据权利要求1所述的利用水电极产生大面积沿面放电的装置，其特征在于U型管为玻璃管或其它绝缘透明材料制成的管体。
5.根据权利要求1所述的利用水电极产生大面积沿面放电的装置，其特征在于所述密封罐上设有进气口和出气口。
6.根据权利要求1所述的利用水电极产生大面积沿面放电的装置，其特征在于所述各U型管的水平底管紧密排布。
7.利用权利要求1所述的放电装置的放电方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）向U型管内注水；
（2）向密封罐内充入空气含量为5% 的氩气至气压为1个大气压；
（3）高压交流电源的输出电压U=10-11kV, 频率范围f＝27-28kHz。
8.根据权利要求7所述的放电方法，其特征在于，将所述放电装置安装于降温水槽内，所述降温水槽为壁体空腔内注有冷水的凹型槽，所述壁体空腔的上口敞开，所述放电装置置于凹型槽的内底面上，所述U型管位于外侧的立管与所述降温水槽的内壁面相贴。
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