CN105188246A - 一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，电源由市电接口、太阳能电池板和储蓄电池三部分构成多电源供电系统，它们之间的供电优先级依次为：太阳能电池板、储蓄电池、市电接口，同时可通过控制器上的手动LED触摸开关强制切换电能来源。这样的设计不仅节约能源，而且提高了装置的可靠性。此外，通过改变控制器的参数，不仅可以改变电源变换器的状态，从而在高压电极上得到900V-20kV范围内可调的交流电，而且可以改变电子开关的不同开/断组合，从而在大气压空气中产生不同截面面积的低温等离子体。因此，这种等离子体截面面积可调具有多电源供电系统的在线式大气压空气等离子体阵列装置在实际工业运用中具有广阔运用前景。

Description

一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置
技术领域
本发明涉及一种等离子体发生装置，更具体地涉及一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置。
背景技术
除了固态、液态和气态的另一种物质存在的聚集状态，等离子体被称为物质的第四态。由于等离子体中包含种类丰富的活性粒子，因此被广泛应用于工业、生物医学领域等。从热力学角度，可将等离子体分为三大类：完全热平衡等离子体、非热力学平衡等离子和局部热力学平衡等离子。其中，非热力学平衡等离子体(低温等离子体)由于其低温特性，被广泛运用在工业、生物医学领域，如：伤口处理、空气净化、物体表面改性和废水处理等方面。
但是，由于等离子体相关理论还十分有限，对于工业化、大规模生产等离子体的问题还有待进一步研究，如：传统的介质阻挡放电可以产生截面面积较大、均匀的等离子体，但是由于其几何尺寸有限，通常为毫米级别，因此限制了其对大体积物体处理的运用。并且，这些传统产生等离子体的装置几乎离不开真空系统或需要惰性气体供应，生产成本高。此外，目前几乎所有的等离子体发生装置的电能来源于市电，且电能来源单一。因此，开发一种能够在大气压空气中产生大截面面积的等离子体的具有多电源供电系统等离子体阵列装置具有重要意义。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，目的在于对于不同工业需要，通过控制等离子体阵列中单个或多个等离子体的开通/关断，从而得到不同截面面积的等离子体阵列。并且，这种等离子体发生装置设置了多电源供电系统，包括市电接口、太阳能电池板和储蓄电池。正常情况下，控制器默认设置由太阳能电池板通过电能变换装置向等离子体阵列发生装置供电，并根据储蓄电池的电量状态决定是否向储蓄电池充电；当控制器检测到太阳能电池板供电不足时控制相应电子开关的状态，从而自动切换到由储蓄电池供电；最后，当控制器检测到太阳能电池板和储蓄电池都不能用时，才切换到由市电供电，且控制器自动监测市电、太阳能电池板和储蓄电池的状态并显示在LED显示器上。
本发明一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，包括电源、控制器、电源转换器、高压交流电源发生装置、高压电极、地级、电子开关、石墨烯电极、20MΩ限流电阻、介质块、石英玻璃管，其特征在于：所述电源由市电接口、太阳能电池板和储蓄电池三部分构成，且他们三者可以任意切换。
所述一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，其特征在于：控制器包括4个手动LED触摸开关、LED显示器、微处理器、触摸式矩阵键盘，其中4个手动LED触摸开关在供电正常情况下显示4种不同颜色，并且它们上下对称分布在控制器面板上。
所述一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，其特征在于:石墨烯电极为针状，且石墨烯电极针尖的曲率半径为60微米，距离石墨烯电极针尖3毫米处镶嵌一块圆筒状介质块，圆筒状介质块的直径与石英玻璃管内径大小相等，石墨烯电极与一个20MΩ限流电阻串联并通过电子开关与高压电极相连，且石墨烯电极置于石英玻璃管内。
所述一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，其特征在于:石英玻璃管之间的位置固定，但是其数量可根据实际需要任意增加，从而调节等离子体截面面积。
所述一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，其特征在于:石英玻璃管与石墨烯电极的长度可以根据实际需要适当调整。
所述一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，其特征在于:电子开关和微处理器的数量可根据石英玻璃管的数量任意增加。
所述一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，其特征在于:高压交流电源发生装置的输出电压可以在900V-20kVAC范围内调节。
所述一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，其特征在于:太阳能电池板的数量和储蓄电池的容量根据实际工作需要可任意调整。
有益效果：本发明由市电接口、太阳能电池板和储蓄电池三部分构成多电源供电系统，具体电能来源由控制器的设定参数决定，它们之间的供电优先等级依次为：太阳能电池板、储蓄电池、市电接口，也可以通过手动LED触摸开关的相应开关强制切换，这样的设计极大地节约了能源，且提高了设备的供电可靠性。我们知道太阳能作为一种清洁能源，不仅使用成本较低，且不造成环境污染，这与国家提出的“节能减排”的号召是相一致的。
当电源接通时，通过调节控制器的参数，从而控制电源转换器的状态，进而在高压电极上产生900V-20kV的交流电压。根据不同的生产需要，通过控制不同的电子开关组合，从而在大气压空气中产生不同截面面积的等离子体阵列，并且所产生的等离子体由于20MΩ限流电阻和杂散电容的作用接近室温。其中，电子开关可采用光敏二极管等元件构成。相比传统接触式机械开关，电子开关具有使用寿命长、不易起电火花等优点，被广泛运用在各个场合。
综上所述，本发明可以在没有真空系统或惰性气体供应的条件下在大气压空气中产生截面面积可调的等离子体阵列。并且，在大多情况下只由太阳能电池板和储蓄电池供电，不仅节约了成本，而且间接的起到了保护环境的作用。因此，本发明具有成本相对低廉、操作简便、简单实用、安全可靠等特点。
附图说明
图1为本发明的原理结构示意图。其中，(1)电源，(2)市电接口，(3)太阳能电池板，(4)储蓄电池，(5)控制器，(6)电源转换器，(7)高压交流电源发生装置，(8)电子开关，(9)等离子体阵列发生装置，(10)高压电极，(11)接地电级。
图2为等离子体阵列发生装置结构示意图。其中，(8)电子开关，(10)高压电极，(12)20MΩ限流电阻，(13)石英玻璃管，(14)介质块，(15)石墨烯电极。
图3为控制器结构示意图。其中，(5)控制器，(16)手动LED触摸开关，(17)触摸开关1，(18)触摸开关2，(19)触摸开关3，(20)触摸开关4，(21)LED显示器，(22)微处理器，(23)触摸式矩阵键盘。
具体实施方式
下面结合图1、图2、图3来进一步说明本发明的技术方案。图1、图2和图3所示的一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，由(1)电源，(2)市电接口，(3)太阳能电池板，(4)储蓄电池，(5)控制器，(6)电源转换器，(7)高压交流电源发生装置，(8)电子开关，(9)等离子体阵列发生装置，(10)高压电极，(11)接地电级，(12)20MΩ限流电阻，(13)石英玻璃管，(14)介质块，(15)石墨烯电极，(16)手动LED触摸开关，(17)触摸开关1，(18)触摸开关2，(19)触摸开关3，(20)触摸开关4，(21)LED显示器，(22)微处理器，(23)触摸式矩阵键盘构成，其特征是：电源(1)由市电接口(2)、太阳能电池板(3)和储蓄电池(4)三部分构成，控制器默认设置的供电优先等级依次为：太阳能电池板(3)、储蓄电池(4)、市电接口(2)，但是手动LED触摸开关(16)的优先级最高，当手动LED触摸开关(16)中的任意开关动作将强制切换供电状态。
其特征2是：分别操作控制器(5)上的手动LED触摸开关(16)和触摸式矩阵键盘(23)，从而分别控制电源(1)的电能来源和电子开关(8)的组合情况。
其特征3是：电源(1)输出端与电源转换器(6)输入端相连，电源转换器(6)的输出端与高压交流电源发生装置(7)输入端相连，通过改变控制器参数控制电源转换器的状态，从而在与高压交流电源发生装置(7)的正极相连的高压电极(10)上产生900V-20kV范围内可调的交流电压。
其特征4是：高压电极(10)与接地电极(11)由石墨烯材料制成，其中，高压电极(10)通过不同的电子开关(8)的组合方式与石墨烯电极(15)相连，从而产生截面面积课可调的阵列等离子体。
其特征5是：石墨烯电极(15)为针尖曲率半径为60微米的针状结构，并且距离针尖3毫米处镶嵌一块直径与石英玻璃管(13)内径大小相等的圆筒状介质块(14)，此外，石墨烯电极(15)与一个20MΩ限流电阻(12)串联置于石英玻璃管(13)内。
其特征6是：在供电正常的情况下，触摸开关1(17)，触摸开关2(18)，触摸开关3(19)和触摸开关4(20)显示4种不同的颜色，且它们上下对称分布在控制器面板左侧。
其特征7是：太阳能电池板(3)的数量和储蓄电池(4)的容量根据生产情况可任意调整。
其特征8是：电子开关(8)、石英玻璃管(13)和微处理器(22)的数量可任意增加。
其特征9是：石英玻璃管(13)之间的距离，以及石墨烯电极(15)之间的距离固定，但是它们的长度可根据实际生产情况可任意调整。

Claims (6)

1.一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，由(1)电源，(2)市电接口，(3)太阳能电池板，(4)储蓄电池，(5)控制器，(6)电源转换器，(7)高压交流电源发生装置，(8)电子开关，(9)等离子体阵列发生装置，(10)高压电极，(11)接地电级，(12)20MΩ限流电阻，(13)石英玻璃管，(14)介质块，(15)石墨烯电极，(16)手动LED触摸开关，(17)触摸开关1，(18)触摸开关2，(19)触摸开关3，(20)触摸开关4，(21)LED显示器，(22)微处理器，(23)触摸式矩阵键盘构成，其特征是所述电源(1)由市电接口(2)、太阳能电池板(3)和储蓄电池(4)三部分构成，它们之间可根据实际情况任意切换。
2.根据权利要求1所述的一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，其特征是高压电极(10)与接地电极(11)由石墨烯材料制成，且它们为圆筒状设计。
3.根据权利要求1或2所述的一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，其特征是通过改变控制器(5)的参数从而控制电源转换器(6)的状态，进而在高压电极(10)上产生900V-20kV范围内可调的交流电。
4.根据权利要求1所述的一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，其特征是石墨烯电极(15)为针状电极，其针尖的曲率半径为60微米，且在距离针尖3毫米处镶嵌一块直径与石英玻璃管(13)内径大小相等的圆筒状介质块(14)，并且石墨烯电极(15)与一个20MΩ限流电阻(12)串联置于石英玻璃管(13)内。
5.根据权利要求1或4所述的一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，其特征是电子开关(8)的不同开关组合与石墨烯电极(15)相连，形成不同形状的等离子体阵列。
6.根据权利要求1所述的一种多电源供电的在线式大气压空气等离子体阵列装置，其特征是触摸开关1(17)，触摸开关2(18)，触摸开关3(19)，触摸开关4(20)分别内置4种不同发光颜色的发光二极管，且它们上下对称分布在控制器面板左侧。
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