CN106714435B - 一种大面积大气压等离子体射流产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于等离子体产生及应用技术领域，具体涉及一种大面积辉光放电大气压等离子体射流产生装置。一种大面积大气压等离子体射流产生装置，其技术方案是：它包括：外层介质管、内层介质、高压电极以及接地电极；内层介质同轴嵌套在外层介质管内部，二者之间的距离构成环形空隙；工作气体从环形空隙间流过；高压电极与接地电极为环状结构，二者设置在外层介质管内侧或外侧；利用高压电极接入电源，当电源电压足够高时，环形空隙中产生均匀的等离子，并在接地电极处向外形成大面积辉光放电等离子体射流。本发明使用内外介质管在大气压空气中产生均匀辉光放电，形成了一种新型的环形等离子体射流，使用长接地电极，产生了大面积等离子体射流。

Description

一种大面积大气压等离子体射流产生装置
技术领域
本发明属于等离子体产生及应用技术领域，具体涉及一种大面积辉光放电大气压等离子体射流产生装置。
背景技术
大气压等离子体射流的等离子与放电区域分离，具有易操作、安全性高和成本低廉等特点。传统的大气压等离子体射流尺寸较小，只适用于对材料表面进行小尺度局部处理，无法满足工业和研究等领域的需求。要形成大面积等离子体射流，只能使用阵列化的大气压等离子体射流，但这种结构的装置中射流之间存在空隙，射流不能均匀的覆盖到被处理物体的表面。另一方面，阵列中的每个射流单独形成，不能保证放电的一致性；射流之间的相互影响也会导致阵列的不稳定。
大气压等离子体的放电形式有很多。但大气压辉光放电均匀、稳定的特点更容易实现放电的大面积化。此外，辉光放电的电流强度较小(约几毫安)，温度较低，应用前景广泛。因此，如何实现大面积辉光放电等离子体射流成为研究重点。
发明内容
本发明的目的是：提供一种在大气压下，大面积辉光放电等离子体射流产生装置。
本发明的技术方案是：一种大面积大气压等离子体射流产生装置，它包括：外层介质管、内层介质、高压电极以及接地电极；
外层介质管、内层介质采用电介质绝缘材料；内层介质同轴嵌套在外层介质管内部，二者之间的间隙构成环形空隙；
工作气体从环形空隙间流过；
高压电极与接地电极为环状结构，二者套装在外层介质管内侧或外侧；高压电极与接地电极之间设有间距；接地电极与气流出口之间设有间距。
有益效果：本发明在大气压空气中产生了均匀辉光放电，通过使用内外介质管形成了一种新型的环形等离子体射流，使用接地电极，产生了大面积等离子体射流。使等离子体中的活性成分能得到更充分的利用，在材料表面改性、大面积杀菌消毒和生物医学等领域得到更广泛的应用。本装置还具有结构简单，稳定性好，易操作，效率高和易应用于工业化生产的特点。
附图说明
图1为高压电极与接地电极设置在外层介质管外侧时本发明的结构示意图；
图2为高压电极与接地电极设置在外层介质管内侧时本发明的结构示意图。
具体实施方式
参见附图1、2，实施例1，一种大面积大气压等离子体射流产生装置，它包括：外层介质管1、内层介质2、高压电极3以及接地电极4；
外层介质管1、内层介质2采用电介质绝缘材料；内层介质2同轴嵌套在外层介质管1内部，二者之间的间隙构成环形空隙，内层介质2的直径在5mm以上，环形空隙的宽度在0.1-5mm之间；通过改变外层介质管1、内层介质2的尺寸可以调节环形空隙的大小，环形空隙越大，产生的射流面积越大；外层介质管1、内层介质2可采用石英、玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯或其它电介质绝缘材料；
工作气体从环形空隙间流过；工作气体可以为氦气、氩气、氦气和氩气、氦气和空气、氩气和空气的混合气体，也可以为其它气体；
高压电极3与接地电极4为环状结构，宽度在0.1-3mm之间，二者设置在外层介质管1内侧或外侧；高压电极3与接地电极4的间距在5-10mm之间；接地电极4距气流出口的距离不小于3mm，且接地电极4的周长大于15mm；高压电极3与接地电极4可采用铝、铜或钨等导电性能良好的金属材料；进一步的，高压电极3与接地电极4可使用电晕结构；
利用高压电极3接入电源，当电源电压足够高时，环形空隙中产生均匀的等离子，并在接地电极4处向外形成大面积辉光放电等离子体射流；
本例中，高压电极3接入的电源为中低频交流电源或脉冲电源，频率范围在50Hz-400kHz，电压幅度为3kV-20kV。
实施例2，在实施例1的基础上，做进一步的限定：
外层介质管1为石英，内径16mm，外径20mm；内层介质2为玻璃，内径12mm，外径14mm；两者构成环形空隙宽1.5mm。
体积分数为99.999％的高纯氦气以固定流量1.4slm，即标况下(0℃，1atm)升每分钟，流过环形空隙。高压电极3通过2kΩ电阻与高压电源相连，接地电极4通过1kΩ电阻接地；两个电极均为片状铝箔，宽度分别为3mm和1mm；两电极间距10mm。
施加到高压电极3的高压交流电源频率为5kHz，电压幅值为10kV时，在环形空隙中产生的均匀等离子，并在接地电极4处向外形成大面积辉光放电等离子体射流。,
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大面积大气压等离子体射流产生装置，其特征在于，它包括：外层介质管(1)、内层介质(2)、高压电极(3)以及接地电极(4)；
所述外层介质管(1)、所述内层介质(2)采用电介质绝缘材料；所述内层介质(2)同轴嵌套在所述外层介质管(1)内部，二者之间的间隙构成环形空隙；
工作气体从所述环形空隙间流过；
所述高压电极(3)与所述接地电极(4)为环状结构，二者套装在所述外层介质管(1)内侧或外侧；所述高压电极(3)与所述接地电极(4)之间设有间距；所述接地电极(4)与气流出口之间设有间距；
当电源电压足够高时，环形空隙中产生均匀的等离子体，并在接地电极(4)处向外形成大面积辉光放电等离子体射流。
2.如权利要求1所述的一种大面积大气压等离子体射流产生装置，其特征在于，所述外层介质管(1)、所述内层介质(2)采用石英、玻璃、陶瓷或聚四氟乙烯。
3.如权利要求1或2所述的一种大面积大气压等离子体射流产生装置，其特征在于，所述内层介质(2)的直径在5mm以上，所述环形空隙的宽度在0.1-5mm之间。
4.如权利要求1或2所述的一种大面积大气压等离子体射流产生装置，其特征在于，所述高压电极(3)、所述接地电极(4)采用铝、铜或钨。
5.如权利要求1或2所述的一种大面积大气压等离子体射流产生装置，其特征在于，所述高压电极(3)与所述接地电极(4)的宽度在0.1-3mm之间，间距在5-10mm之间，且所述接地电极(4)的周长大于15mm，距气流出口的距离不小于3mm。
6.如权利要求1或2所述的一种大面积大气压等离子体射流产生装置，其特征在于，所述高压电极(3)、所述接地电极(4)使用电晕结构。
7.如权利要求1或2所述的一种大面积大气压等离子体射流产生装置，其特征在于，所述工作气体为氦气、氩气、氦气和氩气、氦气和空气、氩气和空气的混合气体。
8.如权利要求1或2所述的一种大面积大气压等离子体射流产生装置，其特征在于，所述高压电极(3)接入的电源为中低频交流电源或脉冲电源，频率范围在50 Hz-400kHz，电压幅值为3kV-20kV。
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