CN1075676C - 高频辅助的低频介质阻挡放电方法及装置 - Google Patents

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Abstract

高频辅助的低频介质阻挡放电方法及装置是用于提高放电效率的方法和装置，其特征是采用主、辅放电相结合的形式进行放电，其中主放电为大功率低频介质阻挡放电，辅放电为小功率高频介质阻挡放电或高频放电，辅放电电极置于主放电电极之间或附近，该装置能有效提高放电装置的电能利用率及提高性能价格比，能广泛地应用在臭氧合成，空气及水的净化处理，制作紫外光源、激励气体激光器、淀积薄膜等方面。

Description

高频辅助的低频介质阻挡放电方法及装置
本发明是一种用于提高电效率的方法及装置，属于气体放电装置的技术领域。
在本发明之前，采用介质阻挡放电方法实现的应用装置有各式各样的。在较大功率的放电应用中，放电装置普遍采用简单的放电管系统串并联形式，其供电电源可为高频、低频的各种波形。高频快上升沿电源供电时，放电的能量注入效率较高，但大功率高频电源本身效率低、结构复杂、成本高；低频大功率电源供电时，虽然电源本身效率较高，但要求有很高的工作电压，并且放电的能量注入效率很低。因此，应用装置的整机电能利用效率低、成本高。成为一大技术难题。
本发明的目的是提供一种能有效提高放电装置电能利用率及提高性能价格比的高频辅助的低频介质阻挡放电方法及装置。
本发明的高频辅助的低频介质阻挡放电方法是采用主、辅放电组合形式进行放电，其中主放电为大功率低频介质阻挡放电，辅放电为小功率高频介质阻挡放电或高频放电。主辅放电可以为横向放电(含径向放电)，轴向放电、或部分横向，部分轴向放电的组合。其原理是利用辅放电实现预电离，保证在主放电的每个放电脉冲到来之前，主放电区内具有一定浓度的带电粒子，从而降低主放电对供电电源的要求，提高主放电的放电能量注入效率，最终达到提高主、辅放电应用装置的整机电能利用效率和性能价格比的目的。
实现以上方法的装置由主放电电极和辅放电电极组合而成，辅放电电极置于主放电电极之间或附近，当放电区气体为流动气体时，将辅放电电极置于主放电区沿气流方向的上游方向处。在结构上，主放电电极为介质阻挡放电(无声放电)电极结构，辅放电电极为介质阻挡放电或高频放电结构，主、辅电极金属部分可为针、网、丝状以及它们之间的组合形式，介质部分表面可以磨毛。
主、辅放电电源的输出波形均可为正弦波、方波、脉冲波等，若以P主、P辅分别表示主、辅放电电源的输出功率，f主、f辅分别表示主、辅放电电源的频率(注：对于非正弦波，指基频频率)，一般有：P主＞＞P辅；
           f主＜f辅(0＜f主≤1MHZ)。
另外，f主=f辅情况为特例。
本发明的优点在于采用了主、辅放电的组合形式进行放电，因而有效地提高了放电电能的注入效率，且结构简单，尤其是在要求大功率介质阻挡放电的情况下，具有特别的优越性。该放电装置可应用于现有的介质阻挡放电(无声放电)的各应用领域，如臭氧合成、空气及水污染的净化处理、制作紫外光源、激励气体激光器、淀积薄膜等方面。
图1是本发明结构中辅放电电极处于主放电电极旁的一种结构示意图。其中包括辅放电电极金属1、辅放电电极介质1-1、主放电电极介质2、主放电电极金属3、冷却水4、主放电区5，箭头所指的方向为气流的方向。
图2是本发明中辅放电电极为平面网状，主放电电极为上下平面对称结构的结构示意图。其中有辅放电电极金属1、主放电电极介质2、主放电电极金属3、主放电区5、辅放电区6。
图3是本发明中，主、辅放电共用外电极的一种结构，其中有外电极金属7、外电极介质7-1、主放电区5、辅放电区6、内电极介质8、主放电内电极金属9、辅放电内电极金属10、入气口11、出气口12。
图4是本发明主放电电极与辅放电电极相互垂直，并共用一个矩形放电腔的结构，其中包括主放电电极金属3、辅放电电极1、介质15、放电区16。
图5是本发明中采用三电源五电极的放电装置示意图，其中有辅放电电极1、介质阻挡放电电极17、平板型主放电电极18。
图6是本发明中共用介质为圆柱形的结构，其中包括共用介质19，弧形辅放电电极20，弧形主放电电极21。
本发明的实施方案如下：
实例1为辅放电电极位于主放电电极旁的结构，其中有主放电电极介质2；主放电电极金属3；冷却水4；主放电区5(间隙)。辅放电电极金属1位于主放电电极金属3旁，辅放电电极金属1为长金属棒，表面为辅放电电极介质1-1所覆盖，主放电电极近似为平板型上下对称结构，在其外表面设有主放电电极介质2。
辅放电在辅放电电极与主放电电极之间进行。主、辅放电基本为横向放电；气流为横流。
实例2。辅放电电极为平面网状结构，其中有主放电电极金属3，主放电电极介质2；主放电区5；辅放电电极1辅放电区6。主放电电极为上、下平面对称结构，在其内侧设有主放电电极介质2，其中辅放电电极为平面网状，位于主放电电极之间。
可以通过改变辅放电电源的输出波形、幅值、频率等，改变从辅放电区中穿过网孔出射到主放电区的电子的密度和能量，实现控制主放电的目的。
实例3：主、辅放电共用外电极的结构，其中有主放电区5，辅放电区6，外电极金属7，然，辅放电电极也可置于腔内(间矩变短)，也可只有一个辅放电电极，表面覆盖介质，从而降低对辅放电供电电源的要求。辅放电电源可浮地，特别适合于制作串并联结构的放电管阵列。
实例5该装置为三电源、五电极的结构形式，辅放电电极为介质覆盖的金属棒，主放电电极为平板型主放电电极18，在辅放电电极与平板型主放电电极之间还设有中间介质阻挡放电电极17。其中辅放电电极由小功率高频电源供电，中间介质阻挡放电电极17由中功率中频电源供电，平板型主放电电极由大功率低频电源供电，其工作过程是由小功率高频辅助中功率中频放电，从而进一步辅助大功率低频主放电。
实例6共用介质19为圆柱形，主、辅放电电极均为上、下结构，即弧形辅放电电极20位于弧形主放电电极21旁。
若输入气体为氧气或空气，可用作臭氧产生装置，再联用水气混合装置，即为臭氧水处理装置。也可用于被污染空气的净化。
若输入气体为激光气体，如CO2-CO-N2-He混合气体，而在主放电区两端配以激光窗口系统，反射镜等，则构成大功率气体激光装置。
若气体为ArF、Xecl、KrF等，可用于制作紫外光源。……等等。
根据以上所述便可完成本发明。

Claims (9)

1．一种高频辅助的低频介质挡放电方法，其特征在于采用主、辅放电组合的形式进行放电，其中主放电为大功率低频介质阻挡放电，辅放电为小功率高频介质阻挡放电或高频放电。
2．一种实现权利要求1所述方法的高频辅助的低频介质阻挡放电的装置，其特征在于该装置由主放电电极和辅放电电极组合而成，主放电电极为介质阻挡放电电极结构，辅放电电极为介质阻挡放电电极结构，辅放电电极置于主放电电极之间或附近。
3．根据权利要求2所述的高频辅助的低频介质阻挡放电的装置，其特征在于当放电区气体为流动气体时，将辅放电电极置于主放电区沿气流的上游方向处。
4．根据权利要求2所述的高频辅助的低频介质阻挡放电的装置，其特征在于主、辅电极金属部分为针、网、丝状以及它们之间的组合形式，介质表面磨毛。
5．根据权利要求3所述的高频辅助的低频介质阻挡放电的装置，其特征在于辅放电电极金属(1)位于主放电电极金属(3)旁，辅放电电极金属(1)为长金属棒，表面为辅放电电极介质(1-1)所覆盖，主放电电极金属(3)为平板型上、下对称结构，在其外表面设有主放电电极介质(2)。
6．根据权利要求2所述的高频辅助的低频介质阻挡放电的装置，其特征在于辅放电电极金属(1)为平面网状，主放电电极金属(3)为下上平面对称结构，在其内侧设有主放电电极介质(2)，辅放电电极(1)位于主放电电极之间。
7．根据权利要求2所述的高频辅助的低频介质阻挡放电的装置，其特征在于主、辅放电电极采用共用外电极结构。
8．根据权利要求2所述的高频辅助的低频介质阻挡放电的装置，其特征在于主放电电极与辅放电电极互相垂直且共用一个矩形放电腔，主、辅放电电极各一对，均置于放电腔(16)外，介质(15)位于电极的内侧。
9．根据权利要求2所述的高频辅助的低频介质阻挡放电的装置，其特征在于该装置为三电源、五电极的结构形式，辅放电电极为介质覆盖的金属棒，主放电电极为平板型主放电电极(18)，在辅放电电极与平板型主放电电极之间还设有中间介质阻挡放电电极(17)，其中辅放电电极由小功率高频电源供电，中间介质阻挡放电电极(17)由中功率中频电源供电，平板型主放电电极由大功率低频电源供电。
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