CN108289365A - 一种大气压放电多模式转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大气压放电多模式转换装置，包括高压电源、电阻、腔体、高压电极、地电极和螺旋测微器；所述高压电极的一端经电阻与高压电源的输出端相连，所述地电极放置在腔体中，高压电极、地电极的间距可通过螺旋测微器调节，通过调节高压电源电压和电极间距，在高压电极、地电极之间可实现多种放电模式转换，如电晕放电、丝状放电、类似辉光放电、辉光放电和火花放电。此种装置可解决现有大气压下放电模式产生装置存在的放电模式不稳定、持续，无法实现或控制多种放电模式之间转变等问题。

Description

一种大气压放电多模式转换装置

技术领域

本发明属于气体放电与放电等离子体领域，具体涉及一种大气压下多种放电模式转换的装置。

背景技术

气体放电是在气体或蒸汽具有导电性情况下所观察到的现象。大气的电离层、自然界中的闪电、输电线路上的电晕放电以及开关闭合过程中的电弧放电等都是常见的气体放电现象。关于这些放电的研究多在低气压下进行，然而这些放电现象常常在大气压情况下发生。大气压放电等离子体在生物医学、表面处理、化学、生物净化、流动控制和燃烧等方面都有潜在的应用。

许多这些应用需要产生大气压非平衡等离子体(例如电晕放电，辉光放电和火花放电)，以满足大容量，低功耗、高化学反应活性和较低的气体温度的要求。电晕放电可产生臭氧进行空气净化和废水废气处理。大气压辉光放电放电效率高，在空间上分布均匀，且不需要真空系统，可使得制造成本与运营成本都大幅度降低，因此它在灭菌、消毒、空气净化、臭氧制备、薄膜表面改性等许多方面都具有巨大的应用价值。火花放电放电通道比较集中，瞬间的放电电流比较大，产生的等离子体可用于空气净化、高分子材料表面处理。这些放电模式在一定条件下可以相互转换，满足不同的应用场合。

以下是几种现有的大气压下放电模式产生装置：

(1)产生大气压辉光放电模式的装置，见中国专利1(授权公布号CN 103179772B)，此专利公开了一种大气压下基于液体电极辉光放电的微等离子体产生装置，如图1所示，图中，1a：金属离子入口；2a：还原剂入口；3a：混合液泵；4a：金属纳米材料出口；5a：缓冲池；6a：石英放电腔；7a：上电极；8a：下电极；9a：放电区间。金属离子溶液经入口a进入，还原剂溶液经入口2a进入，两溶液在缓冲池5a中在线混合后经混合液泵3a泵入石英放电腔6a，在上电极7a和下电极8a之间施加高压电源，产生辉光放电为等离子体并形成放电区间9a，生成的金属纳米材料溶液从金属纳米材料出口4a泵出，收集金属纳米材料溶液。本发明结构简单、操作方便、价格低廉，适合批量生产，由于无需真空装置，可适于工业上的流水作业，也可广泛应用于材料制备、表面处理、材料蚀刻、臭氧合成、水处理、脱硫脱氮、杀菌消毒等领域。该装置不足之处在于所产生的辉光放电稳定性不高，无法保证和控制其产生持续稳定的辉光放电，且放电形式单一，应用局限，无法实现多个放电模式之间的转变。

(2)产生大气压电晕放电模式的装置，见中国专利2(授权公布号CN 103487824B)，此专利公开了一种基于高压电晕放电的氡子体采样装置，如图2所示，该装置包括高压电极板1b、针状电极2b、采样板3b、金硅面半导体探测器4b、前置放大器5b、风机6b，以及采样装置上盖7b和底壳8b；高压电极板1b为一块金属板状结构，在高压电极板1b上垂直树立布置了密集的针状电极2b；采样板3b由铝质薄片制成，面积覆盖高压电极板1b，其手柄塑料材质；上盖中部开一条与针状电极垂直的开槽，采样板3b可以从上盖的开槽中抽出，并翻转一面后再插入开槽，采样板3b插入固定槽后，其采样面位于金硅面半导体探测器4b与针状电极2b之间，并贴近金硅面半导体探测器4b；前置放大器5b外壳为铝质金属加工，放大器电路板安装于金属外壳内；金硅面半导体探测器4b直接安装于前置放大器5b外壳底部，与外壳紧密配合，使前置放大器5b壳体呈全封闭状态，上盖7b和底壳8b采用塑料材质制成，起到支撑整个采样装置和绝缘的作用；高压电极板1b为一块金属板状结构，面积为50mm×70mm，在高压电极板1b上垂直树立布置了密集的针状电极2b，电极直径0.5～0.7mm，长度25～30mm，电极间距3～4mm；采样板3b厚度1～2mm；在装置的高压电极板1b和采样板3b间加7～10kv的直流高压，针状电极2b周围便会产生非均匀强电场，使得电场周围的空气被电离，生成大量的带电离子，形成电晕放电区。将该装置无需采样滤膜，采样过程不污染探测器，可实现快速和连续测量；装置体积小巧，携带方便；采样灵敏度为普通静电收集法的4～8倍，在各种低本底的环境氡测量领域具有广阔的应用前景。该装置的不足之处在于所产生的电晕放电不稳定，容易向电弧或者辉光放电转变，且针尖和极板表面容易烧蚀，影响放电的持续和稳定性。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种大气压放电多模式转换装置，解决现有大气压下放电模式产生装置存在的单个放电模式不稳定、持续，无法实现或控制多种放电模式之间转变等问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种大气压放电多模式转换装置，包括高压电源、电阻、腔体、高压电极、地电极和螺旋测微器；所述腔体为空心且有两个伸出端口，定义腔体的两个伸出端口分别为第一端口和第二端口；所述高压电极的一端经电阻与高压电源的输出端相连，另一端伸入腔体中且位置固定；所述地电极放置在腔体中；所述螺旋测微器粘贴在腔体的外壁上，并且与地电极相连接，高压电极、地电极的间距可通过螺旋测微器调节；从腔体的第一端口通入工作气体，第二端口输出工作气体，通过调节高压电源电压和电极间距，在高压电极、地电极之间可实现多种放电模式转换，如电晕放电、丝状放电、类似辉光放电、辉光放电和火花放电。

进一步地，所述高压电极与地电极的距离可在0～50mm范围内调节。

进一步地，所述电阻的阻值范围是10欧姆～200兆欧姆。

进一步地，所述高压电极为实心或空心的针尖状或棒状，高压电极的材质为铜、铝、不锈钢、钼或钨；所述地电极为板状，地电极采用的材质为铜、铝、不锈钢、钼或钨。

进一步地，所述工作气体为单质气体、包含单质气体的混合气体、空气、气态化合物或气态有机物。

进一步地，所述空心腔体由绝缘材料(如有机玻璃、树脂、聚四氟乙烯)制成。

进一步地，所述高压电源为直流电源或脉冲电源，输出电压范围为0-50kV，输出功率为0-10kW。

采用上述技术方案带来的有益效果：

本发明基于大气压下高压放电，产生多种稳定性高、能耗小、高化学反应活性的放电等离子体，并且各种放电模式可转换。本发明的特点如下：

(1)相比大气压辉光放电、电晕放电等单个放电模式，本发明可产生电晕放电、单丝状放电、类似辉光放电、辉光放电和火花放电等多种放电模式，可应用在空气净化、材料处理等不同的场合。

(2)本发明可以准确控制放电模式的转变，并且维持各放电模式的稳定性。如图3所示，本发明采用针-板放电结构，通过调节电极间距和高压电源电压可以控制各种放电模式的转变；在电极间距和高压电源电压不变的情况下，放电模式之间不会相互转变，可以维持其稳定性。

(3)本发明采用针-板放电，结构简单、操作方便。本发明在常温常压空气中就可以使用，不需要通入其他工作气体，这样不仅降低了制作成本，而且便于携带使用；

附图说明

图1是背景技术中中国专利1设计的结构示意图；

图2是背景技术中中国专利2设计的结构示意图；

图3是本发明的结构示意图；

附图中的主要标号说明：1、高压电源；2、电阻；3、高压电极；4地电极；5、介质容器；6、螺旋测微器；7、等离子体；8、工作气体。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图3所示，一种大气压放电多模式转换装置，包括高压电源1、电阻2、腔体3、高压电极4、地电极5、螺旋测微器6；所述腔体3为空心且有两个伸出端口，定义腔体3的两个伸出端口分别为第一端口和第二端口；所述高压电极4的一端经电阻2与高压电源1的输出端相连，另一端伸入腔体3中且位置固定；所述地电极5放置在腔体3中；所述螺旋测微器6粘贴在腔体3的外壁上，并且与地电极5相连接，高压电极4、地电极5的间距可通过螺旋测微器6调节；从腔体3的第一端口通入工作气体7，第二端口输出工作气体7，通过调节高压电源1电压和电极间距，在高压电极4、地电极5之间可实现多种放电模式转换，如电晕放电、丝状放电、类似辉光放电、辉光放电和火花放电。

在本实施例中，高压电极4与地电极5的水平距离可在0～50mm范围内调节，优选为0～23mm范围内调节。

在本实施例中，电阻2的阻值范围是10欧姆～200兆欧姆，优选为10兆欧；高压电源1的输出电压为14千伏。

在本实施例中，高压电极4为实心或空心的针尖状或棒状，高压电极4的材质为铜、铝、不锈钢、钼或钨；所述地电极5为板状，地电极5采用的材质为铜、铝、不锈钢、钼或钨。

在本实施例中，工作气体7为单质气体、包含单质气体的混合气体、空气、气态化合物或气态有机物。

在本实施例中，空心腔体3由绝缘材料(如有机玻璃、树脂、聚四氟乙烯)制成。

本发明结构简单、操作方便、成本低廉、易于携带，具有多种实际应用，比如灭菌、消毒、空气净化、废水废气处理、臭氧制备、薄膜表面改性、高分子材料表面处理等。根据不同的具体应用，可选择不同的工作气体和高压电极，调节高压电源的电压和正负电极间距，产生的放电模式、等离子体长度、粗细、温度可以不同。本发明在大气压下可转换多种放电模式，并且可以准确控制放电模式的转变，维持各放电模式的稳定性。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大气压放电多模式转换装置，包括高压电源、电阻、腔体、高压电极、地电极和螺旋测微器；所述腔体为空心且有两个伸出端口，定义腔体的两个伸出端口分别为第一端口和第二端口；所述高压电极的一端经电阻与高压电源的输出端相连，另一端伸入腔体中且位置固定；所述地电极放置在腔体中；所述螺旋测微器粘贴在腔体的外壁上，并且与地电极相连接，高压电极、地电极的间距可通过螺旋测微器调节；从腔体的第一端口通入工作气体，第二端口输出工作气体，通过调节高压电源电压和电极间距，在高压电极、地电极之间可实现多种放电模式转换，如电晕放电、丝状放电、类似辉光放电、辉光放电和火花放电。

2.根据权利要求1所述一种大气压放电多模式转换装置，其特征在于：所述高压电极与地电极的距离可在0～50mm范围内调节。

3.根据权利要求1所述一种大气压放电多模式转换装置，其特征在于：所述电阻的阻值范围是10欧姆～200兆欧姆。

4.根据权利要求2所述一种大气压放电多模式转换装置，其特征在于：所述高压电极为实心或空心的针尖状或棒状，高压电极的材质为铜、铝、不锈钢、钼或钨；所述地电极为板状，地电极采用的材质为铜、铝、不锈钢、钼或钨。

5.根据权利要求1所述一种大气压放电多模式转换装置，其特征在于：所述工作气体为单质气体、包含单质气体的混合气体、空气、气态化合物或气态有机物。

6.根据权利要求1所述一种大气压放电多模式转换装置，其特征在于：所述空心腔体由绝缘材料(如有机玻璃、树脂、聚四氟乙烯)制成。

7.根据权利要求1所述一种大气压放电多模式转换装置，其特征在于：所述高压电源为直流电源或脉冲电源，输出电压范围为0-50kV，输出功率为0-10kW。