CN103269559A - 一种增强型微波液相放电等离子体发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强型微波液相放电等离子体发生装置，包括：微波放电电极、固定盘、微波输入接头和悬浮电极；所述微波放电电极底端通过固定盘与微波输入接头顶端活动连接；所述电极内导体上方设有悬浮电极；所述微波放电电极由轴向平行的电极内导体、陶瓷管和电极外导体依次由内到外构成；所述陶瓷管套设于电极内导体外侧壁上；所述陶瓷管与电极外导体之间具有的间隙中均匀填充有硅胶；所述微波输入接头由轴向平行的输入接头内导体、密封固定块和输入接头外导体依次由内到外构成；所述输入接头内导体通过密封固定块与输入接头外导体密封连接；本发明能保证电极附近的场强足够击穿气化的液体气泡，放电过程持续强烈。
Description
技术领域
本发明涉及一种增强型微波液相放电等离子体发生装置。
背景技术
等离子体是物质存在的第四态，因其中含有高能活性粒子而被广泛应用于环境保护及材料合成等领域。传统概念的等离子体产生的主要方式为气相中的辉光放电、电弧放电、微波气相放电等气体物理放电，而在气相放电过程中，由于等离子密度较小，因此在污染物处理及化学气相沉积方面有所限制。由于微波放电等离子体具有空间分布大、密度相对较高的特点，在等离子体沉积等领域应用广泛，但在微波气相放电过程中，如果水蒸汽的含量增加较大，则等离子体发生极易淬灭，对于高水蒸气应用领域受到限制。除此之外，气相等离子体在液相中的应用由于存在气液转换效率问题，一直以来是一个困扰国内外专家的重要问题。近几年国内外很多专家力求在液相中产生微波等离子体，从而产生具有较大空间分布和较高密度的等离子体，且液体中产生的等离子体不需要气液转换，具有较高的应用效率。但是在微波液相放电中，所设计的放电电极既要保证微波能量有效的注入液体中，同时还要保证电极附近的场强足够击穿气化的液体气泡，因此，需要解决以下两个问题：
1、放电电极阻抗与馈线阻抗能较好的匹配，从而减少微波的反射，保证微波能量有效的注入。
2、输入的微波能量能大量的从局部注入液体中，不仅可以使电极周围的液体迅速气化成气泡，同时产生的场强能将气泡击穿。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种既能保证电极阻抗与馈线阻抗实现较好的匹配，又能保证电极附近的场强足够击穿气化的液体气泡，放电过程持续强烈的微波液相放电装置。
本发明的技术手段如下：
一种增强型微波液相放电等离子体发生装置，包括：微波放电电极、固定盘、微波输入接头和悬浮电极；所述微波放电电极底端通过固定盘与微波输入接头顶端活动连接；所述电极内导体上方设有悬浮电极；所述微波放电电极由轴向平行的电极内导体、陶瓷管和电极外导体依次由内到外构成；所述陶瓷管套设于电极内导体外侧壁上；所述陶瓷管与电极外导体之间具有的间隙中均匀填充有硅胶；所述陶瓷管顶端端部与电极内导体顶端端部平齐且高于电极外导体顶端端部；所述微波输入接头由轴向平行的输入接头内导体、密封固定块和输入接头外导体依次由内到外构成；所述输入接头内导体通过密封固定块与输入接头外导体密封连接；所述密封固定块套设于输入接头内导体上并与之过盈配合；所述密封固定块具有嵌入到输入接头外导体侧壁中的环状凸起部；所述输入接头外导体侧壁上设有与环状凸起部相配合的环状凹槽；
作为优选，所述电极内导体和悬浮电极由钛金属材料制成；
作为优选，所述悬浮电极通过连接固定盘和悬浮电极的支柱固定；
作为优选，所述支柱上部设置有支撑悬浮电极的平台，所述平台至固定盘上表面的距离大于电极内导体顶端至固定盘上表面的距离；
作为优选，所述固定盘中心设有两端分别旋入微波放电电极和微波输入接头的螺纹通孔；
作为优选，所述陶瓷管底端端部与电极外导体底端端部平齐；所述电极内导体底端端部高于陶瓷管底端端部，该电极内导体底端连接输入接头内导体顶端；
作为优选，所述密封固定块采用聚四氟乙烯材质。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种增强型微波液相放电等离子体发生装置，采用微波放电电极与微波输入接头通过固定盘活动连接，微波放电电极和微波输入接头可以分别利用固定盘中心设有的螺纹通孔旋入固定盘并连接，既便于拆卸，也易于操作，使得更换组成部件如陶瓷管、电极内导体等十分方便，通过电极内导体外侧壁上套设有陶瓷管，不仅能够耐高温，有效保护硅胶介质，延长电极使用寿命，节约成本，且通过调节陶瓷管的长度，能够实现对放电电极阻抗进行调节，放电电极与馈线的阻抗匹配特性较好，从而减少微波的反射能量，增大入射能量，提高传导性能，且陶瓷管顶端端部与电极内导体顶端端部平齐，保证电极内导体与液体接触面较小，这样微波能量能够大量从局部注入液体中，使电极周围的液体迅速气化成气泡，同时产生的场强能将气泡击穿，在电极内导体尖端产生等离子体，电极内导体上方设有悬浮电极，使微波放电电极顶端电场以及气泡的上升路径发生改变，放电持续且增强，从而在液体中产生大量活性粒子，可以用于污染物处理及物质合成，本发明设计灵活、物理结构简单、性能优良，适于广泛推广。
附图说明
图1是本发明的纵向剖面图；
图2是本发明所述微波放电电极的纵向剖面图；
图3是本发明所述微波输入接头的纵向剖面图；
图4是本发明所述悬浮电极的结构示意图；
图5是本发明所述固定盘的纵向剖面图。
图中：1、电极内导体，2、陶瓷管，3、硅胶，4、电极外导体，5、安装孔，6、固定盘，7、螺纹通孔，8、输入接头内导体，9、密封固定块，10、输入接头外导体，11、螺纹，12、螺母，13、悬浮电极，14、固定孔，15、支柱，16、平台。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4和图5所示的一种增强型微波液相放电等离子体发生装置，其特征在于包括：微波放电电极、固定盘6、微波输入接头和悬浮电极13；所述微波放电电极底端通过固定盘6与微波输入接头顶端活动连接；所述电极内导体1上方设有悬浮电极13；所述微波放电电极由轴向平行的电极内导体1、陶瓷管2和电极外导体4依次由内到外构成；所述陶瓷管2套设于电极内导体1外侧壁上；所述陶瓷管2与电极外导体4之间具有的间隙中均匀填充有硅胶3；所述陶瓷管2顶端端部与电极内导体1顶端端部平齐且高于电极外导体4顶端端部；所述微波输入接头由轴向平行的输入接头内导体8、密封固定块9和输入接头外导体10依次由内到外构成；所述输入接头内导体8通过密封固定块9与输入接头外导体10密封连接；所述密封固定块9套设于输入接头内导体8上并与之过盈配合；所述密封固定块9具有嵌入到输入接头外导体10侧壁中的环状凸起部；所述输入接头外导体10侧壁上设有与环状凸起部相配合的环状凹槽；作为优选，所述电极内导体1和悬浮电极13由钛金属材料制成；作为优选，所述悬浮电极13通过连接固定盘6和悬浮电极13的支柱15固定；所述支柱15上部设置有支撑悬浮电极13的平台16，所述平台16至固定盘6上表面的距离大于电极内导体1顶端至固定盘6上表面的距离；作为优选，所述固定盘6中心设有两端分别旋入微波放电电极和微波输入接头的螺纹通孔7；作为优选，所述陶瓷管2底端端部与电极外导体4底端端部平齐；所述电极内导体1底端端部高于陶瓷管2底端端部，该电极内导体1底端连接输入接头内导体8顶端；作为优选，所述密封固定块9采用聚四氟乙烯材质。
使用本发明时，将一定长度的陶瓷管2紧密套住电极内导体1，插入到电极外导体4中，在陶瓷管2与电极外导体4之间的间隙中注入硅胶3，硅胶3干燥至固态后将微波放电电极通过螺纹11旋入到固定盘6中心设有的螺纹通孔7中，同时微波输入接头从螺纹通孔7另一端旋入，使得电极内导体1与输入接头内导体8相接，固定盘6上设有至少两个竖直支柱15，支柱15上部设有平台16，将悬浮电极13放置于电极内导体1上方，作为优选，所述悬浮电极13上设有与支柱15相配合的固定孔14，固定悬浮电极13，所述固定盘6上设有至少4个安装孔5，通过固定盘6上设有的安装孔5可将本装置安装在任何密闭的反应器内，微波输入接头通过矩形波导和馈线连接微波发生器，微波由微波发生器产生后，经过矩形波导及馈线传导至微波输入接头，由微波输入接头导入，在电极内导体与电极外导体间传导，在电极内导体尖端由于大量微波能量的注入，液体被气化成气泡，同时电极内导体周围存在强大的电场，使产生的气泡被击穿，于电极内导体顶端产生等离子体，且电极内导体上方水平放置有悬浮电极，加强了电极内导体尖端的电场，放电过程强烈，易于击穿气泡，产生的气泡上升至悬浮电极处，由于受到悬浮电极的阻碍，又横向逃逸，增加了气泡在电场中的滞留时间，大大增加了气泡击穿的概率，放电过程持续，避免了由于电场不足够强以及产生的气泡扩散太快而导致放电时出现间断的现象。本发明提供的一种增强型微波液相放电等离子体发生装置，采用微波放电电极与微波输入接头通过固定盘活动连接，微波放电电极和微波输入接头可以分别利用固定盘中心设有的螺纹通孔旋入固定盘并连接，既便于拆卸，也易于操作，使得更换组成部件如陶瓷管、电极内导体等十分方便，通过电极内导体外侧壁上套设有陶瓷管，不仅能够耐高温，有效保护硅胶介质，延长电极使用寿命，节约成本，且通过调节陶瓷管的长度，能够实现对放电电极阻抗进行调节，放电电极与馈线的阻抗匹配特性较好，从而减少微波的反射能量，增大入射能量，提高传导性能，且陶瓷管顶端端部与电极内导体顶端端部平齐，保证电极内导体与液体接触面较小，这样微波能量能够大量从局部注入液体中，使电极周围的液体迅速气化成气泡，同时产生的场强能将气泡击穿，在电极内导体尖端产生等离子体，电极内导体上方设有悬浮电极，使微波放电电极顶端电场以及气泡的上升路径发生改变，放电持续且增强，从而在液体中产生大量活性粒子，可以用于污染物处理及物质合成，本发明设计灵活、物理结构简单、性能优良，适于广泛推广。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种增强型微波液相放电等离子体发生装置，其特征在于包括：微波放电电极、固定盘（6）、微波输入接头和悬浮电极（13）；所述微波放电电极底端通过固定盘（6）与微波输入接头顶端活动连接；所述电极内导体（1）上方设有悬浮电极（13）；所述微波放电电极由轴向平行的电极内导体（1）、陶瓷管（2）和电极外导体（4）依次由内到外构成；所述陶瓷管（2）套设于电极内导体（1）外侧壁上；所述陶瓷管（2）与电极外导体（4）之间具有的间隙中均匀填充有硅胶（3）；所述陶瓷管（2）顶端端部与电极内导体（1）顶端端部平齐且高于电极外导体（4）顶端端部；所述微波输入接头由轴向平行的输入接头内导体（8）、密封固定块（9）和输入接头外导体（10）依次由内到外构成；所述输入接头内导体（8）通过密封固定块（9）与输入接头外导体（10）密封连接；所述密封固定块（9）套设于输入接头内导体（8）上并与之过盈配合；所述密封固定块（9）具有嵌入到输入接头外导体（10）侧壁中的环状凸起部；所述输入接头外导体（10）侧壁上设有与环状凸起部相配合的环状凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种增强型微波液相放电等离子体发生装置，其特征在于所述电极内导体（1）和悬浮电极（13）由钛金属材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种增强型微波液相放电等离子体发生装置，其特征在于所述悬浮电极（13）通过连接固定盘（6）和悬浮电极（13）的支柱（15）固定。
4.根据权利要求1所述的一种增强型微波液相放电等离子体发生装置，其特征在于所述支柱（15）上部设置有支撑悬浮电极（13）的平台（16），所述平台（16）至固定盘（6）上表面的距离大于电极内导体（1）顶端至固定盘（6）上表面的距离。
5.根据权利要求1所述的一种增强型微波液相放电等离子体发生装置，其特征在于所述固定盘（6）中心设有两端分别旋入微波放电电极和微波输入接头的螺纹通孔（7）。
6.根据权利要求1所述的一种增强型微波液相放电等离子体发生装置，其特征在于所述陶瓷管（2）底端端部与电极外导体（4）底端端部平齐；所述电极内导体（1）底端端部高于陶瓷管（2）底端端部，该电极内导体（1）底端连接输入接头内导体（8）顶端。
7.根据权利要求1所述的一种增强型微波液相放电等离子体发生装置，其特征在于所述密封固定块（9）采用聚四氟乙烯材质。
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