CN103037610B - 大气压条件下单电极产生低温等离子体流的发射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了大气压条件下单电极产生低温等离子体流的发射装置，包括气流装置、高压电源、线电极和金属球电极，气流装置由气源、流量计、截流阀和进气管组成并通过气体管路顺序连接，其特征在于，线电极的一端固定在金属球电极上，金属球电极安装于介质管的一端，并密封介质管端口；线电极置于介质管内的轴线中心位置，线电极的另一端悬置于介质管的喷嘴内侧；进气管安装在介质管上，与介质管连通；金属球电极和高压电源的高压输出端通过导线连接，高压电源的低压端接地。本发明实现了常压下低温等离子体流的产生和发射，有效地改善了低温等离子体流的喷射距离，并且其工作环境不限于惰性气体，其工业应用前景广阔。

Description

大气压条件下单电极产生低温等离子体流的发射装置
技术领域
本发明涉及气体放电技术领域，尤其涉及一种大气压条件下单电极产生低温等离子体流的发射装置。
背景技术
低温等离子体中存在大量的活性粒子，比通常的化学反应器所产生的活性粒子种类更多活性更强，更易于和所接触的材料表面以及各类气体发生反应。因此，在材料、环保等领域有着极其广泛的应用前景，比如材料表面改性、等离子体刻蚀、固体薄膜沉积、灭菌消毒、空气净化、大气污染处理等等。
现有技术中，虽然低气压下容易产生相对均匀的放电等离子体，但其产生的过程需要真空环境，这给工业应用带来了诸多不便；相比较而言，大气压下等离子体的产生，不需要昂贵的真空设备，近年来国内外的研究者都非常关注常压下等离子体的特性及其应用。
介质阻挡放电DBD技术作为一种特殊的气体放电形式，通过在电极间引入阻挡介质，可在放电发生时限制放电电流的自由增长，组织电极间火花放电或者弧光放电的形成，具有放电功率密度适中的特点，并可以采用多种放电结构、混合气体和不同的输入功率、电压、频率、气压气流等工作条件，具有较强的适应性，非常适合工业化应用。但其存在一个难以克服的问题，即普通的平行平板型大气压介质阻挡放电因放电区域受限于两极板之间的狭小区域，因而不能处理复杂结构的材料或者尺寸较厚的材料，其工业应用范围存在一定的局限性。
其他低温等离子体的射流装置也存在喷射距离短或者只能适应于惰性气体环境的问题。例如在“大气压介质阻挡放电产生低温等离子体的射流装置”发明专利中采用的技术方案是介质阻挡放电方式，由于低温等离子体中的电子和离子在离开电场区后的寿命非常的短，虽然可以形成低温等离子体的射流，但喷出的低温等离子体行程非常的短，一般很难超过20mm的喷射距离。又如在“大气压下单极射频电容耦合低温等离子体发生方法及装置”发明专利中射流的工作气体必须是惰性气体，并且设备结构复杂，喷射出的低温等离子体的惰性气体射流遇空气后惰性气体即被稀释，喷出的低温等离子体行程也非常的短，一般也很难超过20mm的喷射距离。
发明内容
针对以上喷射距离短、工作环境受限于惰性气体等问题，本发明提供了一种大气压条件下单电极产生低温等离子体流的发射装置，实现了常压下低温等离子体流的产生和发射，有效地改善了低温等离子体流的喷射距离，并且其工作环境不限于惰性气体。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案，大气压条件下单电极产生低温等离子体流的发射装置，包括气流装置、高压电源、线电极和金属球电极，气流装置由气源、流量计、截流阀、进气管组成并通过气体管路顺序连接，其特征在于，线电极的一端固定在金属球电极上，金属球电极安装于介质管的一端，并密封介质管端口；线电极的长度小于介质管的长度，线电极置于介质管内的轴线中心位置，线电极的另一端悬置于介质管的喷嘴内侧；在介质管上低于其与金属球电极的结合处安置进气管，进气管与介质管连通；金属球电极和高压电源的高压输出端通过导线连接，高压电源的低压端接地。
电源供电后，在线电极的喷嘴端产生低温等离子体，经气源供气的气流输送到介质管外，形成等离子体流。被输送出的等离子体由于是导线的气体，线电极上的高压电场随即向气流的方向延伸，等离子体也将会随着气流的路径继续向前扩展，知道向外扩展的电场强度低于工作气体的电离电压，等离子体向前扩展的强度才会逐渐减小直至停止。由于线电极的另一端被固定在金属球电极上，金属球电极的曲率半径远大于线电极喷嘴端，所以在球电极和线电极上施加高压电场后，只会在线电极喷嘴端产生低温等离子体，而不会在球电极上产生低温等离子体。因此，大气压单电极产生低温等离子体的射流可以产生喷射距离比较远的等离子体射流。
本发明提供了大气压条件下单电极产生低温等离子体流的发射装置，其结构合理，设计科学，有效地解决了其他放电结构产生的低温等离子体向空间扩展距离短的问题。由于本发明的装置所产生的等离子体流的宏观温度比较低，喷射的低温等离子体行程远，可用于各种二维和三维形状的高分子材料和各种绝缘材料的表面处理，其工业应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明低温等离子体流的发射装置的结构示意图。
附图标记：
1-线电极、2-介质管、3-进气管、4-金属球电极、5-高压电源、
6-气源、7-截流阀、8-流量计、9-等离子体流。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细、清楚、完整的说明，以说明本发明完全符合专利法要求的新颖性、创造性和实用性。应当注意，实施例描述的只是本发明的一部分实施方式，不能用于限制本发明的保护范围。
如图1所示，大气压单电极产生低温等离子体的射流装置，包括气源6、流量计8、截流阀7，并通过管路顺序连接。线电极1的一端固定在金属球电极4上，并使线电极安装于介质管2的轴线中心位置，线电极1的另一端悬置于介质管2的喷嘴口内侧，金属球电极4安装于介质管喷口的另一端，并密封介质管端口，不漏气，在介质管和金属球电极的结合处下一点的位置安置进气管3，进气管3与介质管连通，使进气管内的气体能到达介质管内；金属球电极4和高压电源5的高压输出端通过导线相连接，高压电源的低压端接地。
气源6供气后，电源供电后在线电极1的喷嘴端产生低温等离子体，工作气体经由截流阀7，流量计8通过管路3进人介质管2内，将在喷嘴端产生的等离子体由介质管内的气流输送出介质管外，形成等离子体流9。
被输送出的等离子体由于是导电的气体，线电极上的高压电场随即向气流的方向延伸，等离子体也将会沿着气流的路径继续向前扩展，直到向外扩展的电场强度低于工作气体的电离电压，等离子体向前扩展的强度才会逐渐减小并停止。
由于线电极的另一端被固定在金属球电极4上，金属球电极的曲率半径远大于线电极喷嘴端，所以在球电极和线电极上施加高压电场后，只会在线电极喷嘴端1产生低温等离子体，而不会在球电极4上产生低温等离子体。因此，大气压单电极产生低温等离子体的射流可以产生喷射距离比较远的低温等离子体射流。只要提供适当的电压和气流，其喷射距离可以达到100～200mm以上的距离。

Claims (3)

1.大气压条件下单电极产生低温等离子体流的发射装置，包括气流装置、高压电源(5)、线电极(1)和金属球电极(4)，气流装置由气源(6)、流量计(8)、截流阀(7)和进气管(3)组成并通过气体管路顺序连接，其特征在于，线电极(1)的一端固定在金属球电极(4)上，金属球电极(4)安装于介质管的一端，并密封介质管端口；线电极(1)置于介质管(2)内的轴线中心位置，线电极(1)的另一端悬置于介质管(2)的喷嘴内侧；进气管(3)安装在介质管上，与介质管(2)连通；金属球电极(4)和高压电源(5)的高压输出端通过导线连接，高压电源(5)的低压端接地。
2.根据权利要求1所述的大气压条件下单电极产生低温等离子体流的发射装置，其特征在于，所述的线电极(1)的长度小于介质管(2)的长度。
3.根据权利要求1所述的大气压条件下单电极产生低温等离子体流的发射装置，其特征在于，进气管(3)设置于介质管与金属球电极的结合处的下端。
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