CN108322990A - 一种等离子体发生组件及空气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子体发生组件及空气净化装置，涉及等离子体发生技术领域。一种等离子体发生组件，包括电源和依次连接的第一电极、绝缘介质、第二电极。第一电极、第二电极分别与电源的正极、负极相连。绝缘介质的厚度小于或等于100微米，第二电极的厚度小于或等于30微米。传统方法中，为实现辉光放电，通常在高压电极与低压电极之间需要间隔一定距离，使放电产生在气隙中,该方式下产生的等离子体扩散性差，难以利用。本发明实施例中，第一电极、绝缘介质、第二电极依次紧密连接,通过对各材料厚度的适当控制，实现了表面辉光等离子体的产生，使得产生的等离子体在第二电极的周边甚至可以包裹整个第二电极并向两侧扩散。

Description

一种等离子体发生组件及空气净化装置

技术领域

本发明涉及等离子体发生技术领域，具体而言，涉及一种等离子体发生组件及空气净化装置。

背景技术

大气压辉光放电(APGD)生成的等离子体因其具有均匀、电流密度小、放电电压低等优势，可以被广泛应用于等离子体化学气象沉积、等离子体表面处理技术等领域。APGD在空气中还会产生氧原子(O)、羟基(OH)、一氧化氮(NO)、双氧水(H2O2)、臭氧(O3)以及它们的激发态粒子等种类繁多的活性粒子，在生物医学、环境保护、纳米技术等应用领域起到关键作用。

在表面产生的较大面积、较为均匀的辉光放电等离子体层可以在不需要机械活动部件的情况下将电能转化为空气动能，避免了传统机械控制设备结构复杂，产生噪声和震动，易磨损，易故障等缺点。且该种等离子体层具有响应时间短、无须移动部件、作用频带宽等优势，可以调节边界层的气流分布，推迟层流与湍流转换，在飞行器减阻增升、边界层转捩、气动隐身等空气动力学领域具有广阔的应用前景。

但现有的沿面介质阻挡放电发生器产生的放电模式均以丝状放电为主，难以实现表面辉光等离子体的生成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体发生组件，其能够实现表面辉光等离子体的产生。

本发明的另一目的在于提供一种空气净化装置，其结构简单，能耗低，具有较好的空气净化能力。

本发明的实施例是这样实现的：

一种等离子体发生组件，包括电源和依次连接的第一电极、绝缘介质、第二电极。第一电极、第二电极分别与电源的正极、负极相连。绝缘介质的厚度小于或等于100微米，第二电极的厚度小于或等于30微米。

在本发明的一种实施例中，等离子体发生组件还包括绝缘层，第一电极、绝缘介质、第二电极、绝缘层依次连接。

在本发明的一种实施例中，绝缘层开设多个气孔。

在本发明的一种实施例中，绝缘层的厚度为10-100微米。

在本发明的一种实施例中，第一电极、绝缘介质、第二电极、绝缘层依次连接后形成的电极的厚度小于等于0.5毫米。

在本发明的一种实施例中，第二电极的材料包括碳、铜、钨或钼，第二电极为导体或半导体。

在本发明的一种实施例中，第二电极为网格状或条纹状。

一种空气净化装置，包括上述任意一种等离子体发生组件。

在本发明的一种实施例中，第一电极、绝缘介质、第二电极依次连接组成电极板，空气净化装置包括多个电极板，多个电极板沿电极板的厚度方向间隔设置。相邻电极板之间的间隔距离可以是0.1-5毫米。

在本发明的一种实施例中，空气净化装置还包括绝缘隔离网以及壳体，第一电极、绝缘介质、第二电极、绝缘隔离网依次连接，等离子体发生组件、绝缘隔离网均与壳体连接。

本发明实施例至少具有如下优点或有益效果：

本发明实施例提供一种等离子体发生组件，其主要用于产生表面辉光等离子体。该等离子体发生组件包括电源和依次连接的第一电极、绝缘介质、第二电极。第一电极、第二电极分别与电源的正极、负极相连。为实现在表面产生辉光等离子体，绝缘介质的厚度小于或等于100微米，第二电极的厚度小于或等于30微米。传统方法中，为实现辉光放电，通常在高压电极与低压电极之间需要间隔一定距离，使放电产生在气隙中,该方式下产生的等离子体扩散性差，难以利用。本发明实施例中，第一电极、绝缘介质、第二电极依次紧密连接,通过对各材料厚度的适当控制，实现了表面辉光等离子体的产生，使得产生的等离子体在第二电极的周边甚至可以包裹整个第二电极并向两侧扩散。

本发明实施例还提供一种空气净化装置，包括上述等离子体发生组件。大面积的表面辉光等离子体使空气净化装置具有较好的净化空气、消毒灭菌的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的等离子体发生组件的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的等离子体发生组件的分解结构示意图；

图3为本发明实施例2提供的等离子体发生组件的结构示意图；

图4为本发明实施例2提供的等离子体发生组件的分解结构示意图；

图标：100-等离子体发生组件；102-第一电极；104-绝缘介质；106-第二电极；108-绝缘层；110-气孔；200-等离子体发生组件；202-第一电极；204-绝缘介质；206-第二电极；208-绝缘层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参照图1，图1所示为等离子体发生组件100的结构示意图。本实施例提供一种等离子体发生组件100，其主要可用于产生表面辉光等离子体。

本实施例中，等离子体发生组件100包括电源(图中未示出)，以及依次连接的第一电极102、绝缘介质104、第二电极106、绝缘层108。第一电极102、第二电极106分别与电源的正极、负极相连，即第一电极102作为高压电极，第二电极106作为接地电极。第一电极102、绝缘介质104、第二电极106、绝缘层108之间依次紧密贴合。

请参照图2，图2所示为等离子体发生组件100的分解结构示意图。

第一电极102一般选用金属铜箔或薄铜板，使第一电极102既有一定的机械强度可以支撑整个叠层结构，又具有很好的柔软性以便于改变形状。本实施例中采用铜箔，铜箔厚度大致为100-200微米。当然，其他实施例中，第一电极102也可以选用其他常用的电极材料，如银、锌或其他半导体材料等。

绝缘介质104一般可以采用有机高分子薄膜，本实施例中采用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜。PET薄膜具有良好的透明性、气密性和防潮性。PET薄膜的机械性能优良，其强韧性是所有热塑性塑料中最好的，抗张强度和抗冲击强度比一般薄膜高得多。绝缘介质104的厚度小于或等于100微米，本实施例中，绝缘介质104厚度为50微米。当然，绝缘介质104还可以选用其他高度结晶性聚合物，如聚四氟乙烯、聚酰亚胺等，这类材料均具有良好的力学性能，耐折性好，可自由改变叠层电极的弯曲程度。此外，这类材料还具有耐高温、耐腐蚀、卫生安全性好等优点，使它们适用于多种工作场所。

第二电极106由导体或半导体材料组成，例如铜、钨、钼等材料。本实施例中，第二电极106由多根碳纤维组成，如图2所示，多根碳纤维间隔依次设置呈条纹状。多根碳纤维构成的纤维层厚度约为20-30微米，相邻碳纤维之间的间距约为1-4毫米。其他实施例中，可以根据辉光等离子体的需求量适当调整相邻碳纤维之间的间距，如需求量大，可适当减小相邻碳纤维之间的间距，即增加碳纤维数量。第二电极106的整体厚度小于或等于30微米即可。

本实施例中，绝缘层108选用聚四氟乙烯空气过滤膜，当然，其他实施例中也可以选用其他材料。绝缘层108的厚度一般为10-100微米，且在绝缘层108上开设有多个气孔110。气孔110的孔径一般为0.1-10微米。绝缘层108的透气量为60-80L/m²·s。绝缘层108的设置可增强辉光等离子体的扩散能力，同时还能够起到保护电极和电气安全的作用，大大提高等离子体发生组件100的使用安全性。当然，其他实施例中，也可以不设置绝缘层108，也能够实现表面辉光等离子体的产生。

本实施例中，第一电极102、绝缘介质104、第二电极106、绝缘层108依次连接后形成的如图1所示的电极的整体厚度小于等于0.5毫米。其他实施例中，电极整体的厚度也可以在0.5-1毫米之间。

电极的整体厚度较小，使其可以在较低的电压下就能产生合适的电场分布，同时有效降低放电阈值，一方面促进大面积表面等离子体的生成，一方面由于较低的放电电压使空气中氧气被电离产生的臭氧量也将大大减少。

等离子体发生组件100中，第一电极102、绝缘介质104、第二电极106和绝缘层108各自选择了合适的厚度，改变了电场分布和电力线路径，有效抑制电子崩的发展，防止丝状放电的产生。同时利用微结构下电极的场发射特性提供一定的初始电子，通过增强开敞式结构下等离子体的扩散作用，实现由电极向两侧扩散的大面积沿面辉光放电等离子体。

电源可以采用辉光放电高频高压交流电源。本发明实施例中交流高频电源采用220V交流输入，经整流成直流后，再通过MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)逆变为带死区的双极性交流脉冲，最后通过高频变压器升压输出高频高压的正弦波。输出电压的幅值大小约1000伏可调，频率为20千赫兹。在该电源作用下，电极整体可发生稳定的表面辉光放电。

等离子体发生组件100的工作原理是：

开启电源后，第二电极106表面产生辉光放电，生成大量等离子体。等离子体可沿绝缘层108上的气孔110进行扩散。该等离子体具有灭菌率高、臭氧生成量小、功耗小、扩散性好等优势。等离子体发生组件100能够实现较为均匀的放电，防止辉光放电向丝状放电转化。等离子体发生组件100进行放电时，能够观察到均匀弥散的放电效果，无特别明亮的细丝，属于典型的低温等离子体状态。辉光放电的显著特征是在每次放电过程中气体被击穿一次，相应地出现一次放电电流，等离子体发生组件100的放电规律与辉光放电一致，可以确定等离子体发生组件100的放电是大气压下的辉光放电。另外，放电过程中，脉冲放电电流瞬时值也小于30mA，表明放电空间未出现高浓度的等离子体通道，没有发展到典型丝状放电的程度，可以判断放电生成了大面积的大气压表面辉光放电等离子体。

本实施例还提供一种空气净化装置，包括上述等离子体发生组件100。该空气净化装置具有能产生大量等离子体、灭菌率高、臭氧生成量小等优点。

实施例2

请参照图3，图3所示为本实施例提供的等离子体发生组件200的结构示意图。本实施例提供一种等离子体发生组件200，其主要可用于产生表面辉光等离子体。

本实施例中，等离子体发生组件200包括电源(图中未示出)，以及依次连接的第一电极202、绝缘介质204、第二电极206、绝缘层208。第一电极202、第二电极206分别与电源的正极、负极相连，即第一电极202作为高压电极，第二电极206作为接地电极。第一电极202、绝缘介质204、第二电极206、绝缘层208之间依次紧密贴合。

请参照图4，图4所示为等离子体发生组件200的分解结构示意图。

第一电极202一般选用金属铜箔或薄铜板，使第一电极202既有一定的机械强度可以支撑整个叠层结构，又具有很好的柔软性以便于改变形状。本实施例中采用铜箔，铜箔厚度大致为100-200微米。当然，其他实施例中，第一电极202也可以选用其他常用的电极材料，如银、锌或其他半导体材料等。

绝缘介质204一般可以采用有机高分子薄膜，本实施例中采用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜。绝缘介质204的厚度小于或等于100微米。本实施例中绝缘介质204的厚度大于实施例1中绝缘介质104的厚度。

第二电极206由导体或半导体材料组成，例如铜、钨、钼等材料。本实施例中，第二电极206由多根钨丝组成，如图4所示，多根钨丝交叉设置呈网格状(当然，也可以参照实施例1中的第二电极106的结构进行设置)。其中，网格宽度为1-2毫米。本实施例中第二电极206的厚度较小,一般为1纳米-10微米。其他实施例中，可以根据辉光等离子体的需求量适当调整相邻碳纤维之间的间距，如需求量大，可适当减小网格宽度，即增加钨丝数量。

本实施例中，绝缘层208选用聚四氟乙烯膜，当然，其他实施例中也可以选用其他材料。绝缘层208的厚度一般为10-100微米。绝缘层208与实施例1中的绝缘层108的主要区别在于，绝缘层208上未开设气孔110。

绝缘层208的设计，实现了在不与第一电极202、第二电极106接触的绝缘层208外表面的单侧大面积表面辉光放电。形成的表面辉光等离子体解决了传统辉光放电电极生成的等离子体扩散性差以及沿面介质阻挡放电发生器只能产生微电弧放电的缺点，扩展了等离子体在空气动力学、材料科学、生物医学、纳米技术等领域的应用。

本实施例中，第一电极202、绝缘介质204、第二电极206、绝缘层208依次连接后形成的如图3所示的电极的整体厚度小于等于0.5毫米。其他实施例中，电极整体的厚度也可以在0.5-1毫米之间。

电极的整体厚度较小，使其可以在较低的电压下就能产生合适的电场分布，同时有效降低放电阈值，一方面促进大面积表面等离子体的生成，一方面由于较低的放电电压使空气中氧气被电离产生的臭氧量也将大大减少。

等离子体发生组件200中，第一电极202、绝缘介质204、第二电极206和绝缘层208各自选择了合适的厚度，改变了电场分布和电力线路径，有效抑制电子崩的发展，防止丝状放电的产生。

本实施例中电源提供的放电电压大于实施例1中提供的放电电压。

等离子体发生组件200的工作原理是：

开启电源后，绝缘层208表面产生辉光放电，生成大量等离子体。该等离子体具有灭菌率高、臭氧生成量小、功耗小、扩散性好等优势。等离子体发生组件200能够实现较为均匀的放电，防止辉光放电向丝状放电转化。等离子体发生组件100进行放电时，能够观察到比较均匀的放电效果，无特别明亮的细丝，属于典型的低温等离子体状态。辉光放电的显著特征是在每次放电过程中气体被击穿一次，相应地出现一次放电电流，等离子体发生组件100的放电规律与辉光放电一致，可以确定等离子体发生组件100的放电是大气压下的辉光放电。另外，放电过程中，最大瞬时电流脉冲在20mA左右，电流密度较小，可以判断生成了大面积的大气压表面辉光放电等离子体。

本实施例还提供一种空气净化装置，包括上述等离子体发生组件200。其中该空气净化装置内包括多个由第一电极202、绝缘介质204、第二电极206、绝缘层208依次连接组成的电极板。多个电极板沿其厚度方向间隔叠层组装为多平行板复合结构，则任意电极板的第一电极202与相邻电极板的第二电极206之间将形成电场，有利于在绝缘层208表面产生的等离子体在扩散作用下同样分布在相邻两叠层电极板的间隙及附近区域。

空气净化装置还可以进一步包括绝缘隔离网以及壳体。第一电极202、绝缘介质204、第二电极206、绝缘层208、绝缘隔离网依次连接，等离子体发生组件200、绝缘隔离网均与壳体连接。第一电极202和/或绝缘层208可以与壳体连接。

该空气净化装置结构简单，空气直接通过绝缘隔离网到达等离子体发生组件200上，不依赖任何风机等装置带动气体流动，只依靠室内空气循环即可工作，精简了设备结构。

该空气净化装置具有大面积表面辉光放电等离子体的优势，可以在电极表面及其附近区域生成大量等离子体，具有净化空气、消毒灭菌的功能；且等离子体均匀性良好，扩散能力良好。此外等离子体发生组件200的各层电极材料均具有一定的柔韧性，可以按照实际需要进行弯曲折叠等变形操作，使之可以附着在各种基材上，具有良好的便携性，安装位置灵活。例如可延圆柱表面张贴做成曲面结构，使之适用于各种不同条件的场合，尤其是场地拥挤、狭小等场所。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种等离子体发生组件，其特征在于，包括电源和依次连接的第一电极、绝缘介质、第二电极，所述第一电极、所述第二电极分别与所述电源的正极、负极相连，所述绝缘介质的厚度小于或等于100微米，所述第二电极的厚度小于或等于30微米。

2.根据权利要求1所述的等离子体发生组件，其特征在于，所述等离子体发生组件还包括绝缘层，所述第一电极、所述绝缘介质、所述第二电极、所述绝缘层依次连接。

3.根据权利要求2所述的等离子体发生组件，其特征在于，所述绝缘层开设多个气孔。

4.根据权利要求2所述的等离子体发生组件，其特征在于，所述绝缘层的厚度为10-100微米。

5.根据权利要求2所述的等离子体发生组件，其特征在于，所述第一电极、所述绝缘介质、所述第二电极、所述绝缘层依次连接后形成的电极的厚度小于等于0.5毫米。

6.根据权利要求1所述的等离子体发生组件，其特征在于，所述第二电极的材料包括铜、钨或钼，所述第二电极为导体或半导体。

7.根据权利要求1所述的等离子体发生组件，其特征在于，所述第二电极为网格状或条纹状。

8.一种空气净化装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的等离子体发生组件。

9.根据权利要求8所述的空气净化装置，其特征在于，所述第一电极、所述绝缘介质、所述第二电极依次连接组成电极板，所述空气净化装置包括多个所述电极板，多个所述电极板沿所述电极板的厚度方向间隔设置。

10.根据权利要求8所述的空气净化装置，其特征在于，所述空气净化装置还包括绝缘隔离网以及壳体，所述第一电极、所述绝缘介质、所述第二电极、所述绝缘隔离网依次连接，所述等离子体发生组件、所述绝缘隔离网均与所述壳体连接。