CN104284502A - 一种单电极产生低温等离子体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单电极产生低温等离子体的装置，包括高频电源模块、匹配模块、高频升压模块、线电极、成对的金属球电极；高频电源模块通过匹配模块与高频升压模块相连，所述高频升压模块还与其中一个金属球电极相连，所述该金属球电极通过线电极连接另一个金属球电极；高频电源模块产生的高频源信号经过匹配模块对高频升压模块进行激励产生高压，高压加载到成对金属球直间的线电极上，线电极周围的空气被击穿放电，产生线状的低温等离子体；本发明实现了在常压下用一根线状电极即可以产生宽幅低温等离子体，只需在材料的一面进行低温等离子体处理，有效地改善了DBD低温等离子体两个电极之间的距离限制和不能处理比较厚的高分子材料或中空的材料。

Description

一种单电极产生低温等离子体的装置

技术领域

本发明公开了一种单电极产生低温等离子体的装置，属于低温等离子体材料处理和工业废气处理环保技术领域。

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、空气净化、大气污染处理等。

现有技术中，介质阻挡放电DBD技术作为一种气体放电形式，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，阻止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或者中空材料，其工业应用范围存在一定的局限性。低温等离子体喷枪虽然可以处理复杂结构的材料或者尺寸较厚的材料或者中空材料，但喷枪产生低温等离子体的处理范围一般比较小，只有几个毫米到几十毫米，要处理宽幅的复杂结构的材料或者尺寸较厚的材料或者中空材料则需要多组喷枪复合使用，其成本昂贵并有电磁兼容的相互干扰问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种单电极产生低温等离子体的装置，针对以上介质阻挡放电DBD技术放电区域受限于两极板之间的狭小区域，喷枪产生低温等离子体的处理范围一般比较小，只有几个毫米到几十毫米，本发明提供了一种大气压条件下单电极产生宽幅低温等离子体的装置，实现了在常压下用一根线状电极即可以产生宽幅低温等离子体，只需在材料的一面进行低温等离子体处理，有效地改善了DBD低温等离子体两个电极之间的距离限制和不能处理比较厚的高分子材料或中空的材料和喷枪产生低温等离子体的处理范围一般比较小，只有几个毫米到几十毫米，不能一次处理宽幅的材料。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种单电极产生低温等离子体的装置，包括顺次相连接的高频电源模块、匹配模块和高频升压模块，所述高频升压模块的输出端还连接有一个金属球电极，所述金属球电极经过线电极与另一个金属球电极相连接；

高频电源模块产生的高频源信号经过匹配模块对高频升压模块进行激励产生高压，高压加载到成对金属球直间的线电极上，线电极上的高压达到设定的阈值时，线电极周围的空气被击穿放电，线电极上产生线状的低温等离子体。

作为本发明的进一步优选方案，所述线电极的长度范围为50mm～5000mm，优选200～2000mm，直径范围为0.1mm～1.0mm，优选0.6mm。

作为本发明的进一步优选方案，所述金属球电极的直径范围为20mm～100mm，优选30mm。

作为本发明的进一步优选方案，所述高频电源模块为高频正弦波电源，其频率范围在20KHz～200KHz，优选50KHz～100KHz。

作为本发明的进一步优选方案，所述匹配模块为匹配电感。

作为本发明的进一步优选方案，所述匹配电感的电感值范围为1mH～20mH，优选优选2～5mH。

作为本发明的进一步优选方案，所述线电极上加载的高压为正弦高压，正弦高压设定的阈值为10000V～30000 V。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1）本发明提供了大气压条件下单电极产生线状低温等离子体，其结构合理，设计科学，有效地解决了DBD低温等离子体只能在两电极之间的小间隙放电。

2）本发明提供了大气压条件下单电极产生线状低温等离子体，其线放电宽度可以从几十毫米到几千毫米，有效地解决了其它射流低温等离子体只能产生小范围放电的问题。

3）本发明提供了大气压条件下单电极产生线状低温等离子体，如果作为材料处理，只需在材料的一面进行低温等离子体处理，有效地改善了DBD低温等离子体两个电极之间的距离限制和不能处理比较厚的高分子材料或中空的材料。

4）本发明提供了大气压条件下单电极产生线状低温等离子体，在线电极的周边可以产生直径约10～60mm的低温等离子体，其低温等离子体的长度即为线电极的长度，可以从几十毫米到几千毫米，可以处理任意厚平面，准平面和旋转平面的高分子材料或中空材料。由于本发明的线状低温等离子体装置所产生的等离子体的宏观温度比较低，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。

5）本发明提供了大气压条件下单电极产生线状低温等离子体，由于电极结构简单，如果用于工业废气处理，则结构简单，安全，可靠，低成本。

附图说明

图1是本发明单电极低温等离子体发生装置的结构示意图，

其中：1-高频正弦波电源、2-匹配电感、3-高频升压变压器、4-大地地线、5-金属球、6-金属线电极、7-低温等离子体、8-金属球。

图2是本发明的一个具体实施例的实施装置图，

其中：1-高频正弦波电源、2-匹配电感、3-高频升压变压器、4-大地地线、5-金属球、6-金属线电极、9是设备机架。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明公开了一种单电极产生低温等离子体的装置，包括顺次相连接的高频电源模块、匹配模块和高频升压模块，所述高频升压模块的输出端还连接有一个金属球电极，所述金属球电极经过线电极与另一个金属球电极相连接；高频电源模块产生的高频源信号经过匹配模块对高频升压模块进行激励产生高压，高压加载到成对金属球之间的线电极上，线电极上的高压达到设定的阈值时，线电极周围的空气被击穿放电，线电极上产生线状的低温等离子体。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明中，采用下面的实例来解释本发明：

金属线电极的长度可以在50～5000mm的长度范围内，优选200～2000mm，直径范围为0.1mm～1.0mm，优选0.6mm，其两端分别固定在一个金属球电极上，金属球电极的直径范围在20～100mm，优选30mm，以保证低温等离子体被限制和约束在线电极的线长度范围内。高频正弦波电源1输出的中压正弦波，其频率范围在20KHz～200 KHz，优选在50KHz～100KHz，经匹配电感2对高频升压变压器3原边进行激励，经高频升压变压器升压后的高压加载到由金属球电极5、金属球电极8和金属线电极6组成的低温等离子体发生电极上，由于金属线电极的曲率半径非常的小，当线电极上的正弦高压达到10000～30000伏特时，空气被击穿放电，在线电极上即产生线状低温等离子体。由于线电极6、金属球电极5、金属球电极8和其产生的低温等离子体悬浮在空间，其相对应的另外一个电极是大地，因而，高频升压变压器3的高压输出端接低温等离子体的放电电极，而高频升压变压器3的另外一个低压端必须接大地地线以形成回路，如图1中，高频升压变频器3的高压输出端9接金属球电极5，高频升压变压器3的低压端4接地。

高频正弦波电源的输出端和高频升压变压器之间的匹配电感有三个作用。1）由于线电极，金属球和其产生的低温等离子体相对于大地之间等效为电容，其电容经过高频升压变压器3反射到原边也为容性，为了使高频正弦波电源的输出和高频升压变压器之间匹配，在其中间插入了匹配电感2，使容性负载经电感匹配后抵消负载的容性电抗，以提高高频正弦波电源能量传输效率；2）匹配电感和负载的等效电容进行谐振，谐振后可以倍增负载的激励电流，减小高频升压变压器的匝数比，便于高频升压变压器的的设计和制作；3）在负载和地之间出现短路或拉电弧时，匹配电感可以限流，防止损坏高频正弦波电源。匹配电感的电感量在1～20 mH，优选2～5mH。

在使用时，可以按照需要产生低温等离子体的长度，选择好相应长度的线电极，调整高频正弦波电源的输出频率，使高频正弦波电源的输出功率最大，即表示匹配电感和负载已经匹配，在线电极上即可以产生低温等离子体。调整高频正弦波电源的输出电压，即可调节线电极上的低温等离子体的放电强度。

本发明的一个具体实施例中，实施装置图如图2所示，图中，在设备机架9上，高频正弦波电源1经过匹配电感2、高频升压变压器3后与金属球5相连接，设备机架9还设置有接地的大地地线4，金属球5和金属线电极6相连接，在金属线电极6上产生低温等离子体。

本发明大气压条件下单电极产生线状低温等离子体，其结构合理，设计科学，有效地解决了DBD低温等离子体只能在两电极之间的小间隙放电；本发明提供了大气压条件下单电极产生线状低温等离子体，其线放电宽度可以从几十毫米到几千毫米，有效地解决了其它射流低温等离子体只能产生小范围放电的问题；      本发明提供了大气压条件下单电极产生线状低温等离子体，如果作为材料处理，只需在材料的一面进行低温等离子体处理，有效地改善了DBD低温等离子体两个电极之间的距离限制和不能处理比较厚的高分子材料或中空的材料。     本发明提供了大气压条件下单电极产生线状低温等离子体，在线电极的周边可以产生直径约1～60mm的低温等离子体，其低温等离子体的长度即为线电极的长度，可以从几十毫米到几千毫米，可以处理厚的平面，准平面和旋转平面的高分子材料或中空的材料。由于本发明的线状低温等离子体装置所产生的等离子体的宏观温度比较低，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；

本发明提供了大气压条件下单电极产生线状低温等离子体，由于电极结构简单，如果用于工业废气处理，则结构简单，安全，可靠，低成本。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员。

在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种单电极产生低温等离子体的装置，包括顺次相连接的高频电源模块、匹配模块和高频升压模块，其特征在于：所述高频升压模块的输出端还连接有一个金属球电极，所述金属球电极经过线电极与另一个金属球电极相连接；

高频电源模块产生的高频源信号经过匹配模块对高频升压模块进行激励产生高压，高压加载到成对金属球之间的线电极上，线电极上的高压达到设定的阈值时，线电极周围的空气被击穿放电，线电极上产生线状的低温等离子体。

2.如权利要求1所述的一种单电极产生低温等离子体的装置，其特征在于：所述线电极的长度范围为50mm-5000mm，优选200～2000mm，直径范围为0.1mm～1.0mm，优选0.6mm。

3.如权利要求2所述的一种单电极产生低温等离子体的装置，其特征在于：所述金属球电极的直径范围为20mm～100mm，优选30mm。

4.如权利要求1所述的一种单电极产生低温等离子体的装置，其特征在于：所述高频电源模块为高频正弦波电源，其频率范围在20KHz-200KHz，优选50KHz～100KHz。

5.如权利要求1所述的一种单电极产生低温等离子体的装置，其特征在于：所述匹配模块为匹配电感。

6.如权利要求5所述的一种单电极产生低温等离子体的装置，其特征在于：所述匹配电感的电感值范围为1mH～20mH，优选2～5mH。

7.如权利要求1所述的一种单电极产生低温等离子体的装置，其特征在于：所述线电极上加载的高压为正弦高压，正弦高压设定的阈值为10000V～30000 V。