CN110430653A - 一种双层气体布局大面积介质阻挡放电阵列装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种介质阻挡放电低温等离子体发生装置。整体构成包括反应腔，绝缘介质板，氧气室，氩气室，放电阵列，高压电极板，高压电源等。装置进行了特殊双气体进气设计。放电阵列的每一个基本单元结构由内到外依次是：放电电极、放电阻挡层、氩气进气管、氧气进气管；电极放电产生氩气等离子体，在氧气进气管尖嘴处与氧气混合，进入反应腔。工作时，工作物质例如液体、织物、种子等放入反应腔中，氧气通入氧气室，氩气通入氩气室，高压电源的高压端通过阵列电极板接放电电极，其接地端连接放入反应腔溶液中的另一电极。本发明可进行多个装置串联工作，流水作业。

Description

一种双层气体布局大面积介质阻挡放电阵列装置

技术领域

本发明属于低温等离子体领域，尤其涉及涉及一种介质阻挡放电低温等离子体发生装置。

背景技术

通过在两电极间加高电压而击穿电极间的气体是获得低温等离子体的一种常用方法。介质阻挡放电是指在高压电极间加入介质，可有效阻挡放电进一步发展，从而在常温常压下产生需要的大气压冷等离子体。其装置成本低，应用范围广泛，较低的电流保证了其安全性。在诸如材料表面改性、医疗、杀菌、生物体诱发变异、污染物清除等方面上应用潜力巨大，引起了人们广泛的关注。

现阶段利用两种气体布局的介质阻挡放电装置较少，多是单管式，使用时手持，只能点对点处理，处理速度慢，放电均匀同一性不能保证，不适用于大面积处理的需要，不利于实际应用。

通过大气压低温等离子体装置处理水溶液可得到一种低PH值，高氧化还原电位的活化水。活化水内含有氧化氢、超氧阴离子、氢氧自由基等活性粒子，用途广泛。传统的单管式双气体布局介质阻挡放电装置只能在其下所对应的处理点生成少量活化水，大量活化水制备困难，且均匀性也难以保证。

传统单管式双气体布局装置放电电流过大时将会产生大量焦耳热，其结构设置不能有效散去热量，影响装置使用，且装置稳定性难以保证。放电过程中的臭氧及阳离子容易与高温电极接触而分解，降低产生的低温等离子体的活性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，针对存在的问题，提供一种大面积介质阻挡放电低温等离子体发生装置。为保证大面积放电需要，该装置由大量相同的放电单元构成放电阵列；且该装置亦可多个串联连接使用，流水作业，进一步扩大应用需求。该装置进行了特殊双气体进气设计，其内放电单元构型与传统的单管式双气体进气放电装置不同。采用被处理的液体做第二放电电极放电阻挡介质，放电单元被覆盖在液体中，有效解决了装置的散热问题。

所述装置顶部为一圆形或方形玻璃反应腔，低温等离子体与溶液、种子、纺织物等反应物在此作用；多个装置串联连接使用时，反应腔侧面增加入口和出口。

所述装置为双层气体进气结构，包括氧气室，氩气室。所述反应腔与氧气室用第一介质板隔开，氧气室与氩气室用第二介质板隔开，氩气室底部为第三介质板。两气室均为正方形，气室壁为透明石英玻璃或亚克力塑料，其中两面气室壁中心对称装有通气孔。

所述放电阵列由多个放电单元组成。所述放电单元由氧气进气管、氩气进气管、放电阻挡管、放电电极组成。所有的氧气进气管分别被固定于第一介质板的通孔上，所有的氩气进气管分别被固定于第二介质板的通孔上，放电阻挡管为石英玻璃介质，被固定于第三介质板的通孔上。第一放电电极导线阵列被固定于装置最底部的电路板上。

氧气进气管、氩气进气管、放电阻挡管、放电电极导线长度之比近似为1:2:3:4，其大致长度可根据装置尺寸调节；由内到外依次是：第一放电电极、放电阻挡管、氩气进气管、氧气进气管，第一电极放电产生氩气等离子体，并在氧气进气管尖嘴处与氧气混合，继而进入反应腔。该进气结构及电极布局与传统双气体介质阻挡放电管不同。

第一介质板上的通孔直径为10mm，第二介质板上的通孔直径为6mm，第三介质板上的通孔直径为4mm；通孔尺寸分别与放电单元的氧气进气管、氩气进气管、放电阻挡管相对应。通过电脑程序对放电活化离子扩散的模拟，为获得较均匀活化水，阵列排列采用正三角形基元，整体周期排列构成正六边形阵列较为合适。

所述第二放电电极工作时插入反应腔的液体内，利用液体作为第二放电电极放电阻挡介质。液体覆盖所述放电单元尖嘴漏出所述反应腔的部分。

所述装置可进行大规模串联应用，装置的反应腔增加出入口，一端为反应物入口，一端为反应物出口，前一个装置的入口与后一个装置的出口相连，使多个装置串联在一起，流水作业，液体流动将带走装置反应热量，有效降温；同时各装置的氧气室、氩气室分别相互连通，统一接到气源上，循环利用气体，流水作业。

本发明的有益效果是：实现了大面积、多用途、利于工业和实际应用的低温等离子体生成装置，同时对大面积情况下的等离子体均匀性进行优化，确保装置工作时的处理效果均一。

附图说明

图1为根据本发明实施例的介质阻挡放电装置的外部立体视图；

图2为沿图1中AA’、 BB’方向对本发明实施例放电装置进行剖切掉四分之一后的立体视图；

图3a为本发明实施例的放电阵列中一放电单元的整体立体视图，图3b为其剖切掉四分之一后的立体结构视图；

图4为根据本发明实施例沿图1的AA’、 BB’方向剖切掉四分之一后的介质板和进气管阵列的立体结构示意图；

图5为根据本发明实施例的放电阻挡管阵列、第一放电电极阵列、电极固定板的立体视图；

图6为根据本发明实施例的两个装置进行串联连接工作的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明，其中，在各个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为根据本发明的实施例的放电装置的整体外部立体视图。图2为沿图1中AA’、BB’方向对本发明实施例放电装置进行剖切掉四分之一后的立体视图。

整体构成包括反应腔1，第一介质板2A，第二介质板2B，第三介质板2C，氧气室3，氩气室4，高压电极板5，放电单元阵列6，高压电源7。工作时，工作物质例如液体、织物、种子等放入反应腔1中，氧气经过进气孔3A进入氧气室3，氩气通过进气孔4A进入氩气室4，高压电源7频率约为5kHz，其高压端通过高压电极板5接放电电极6D，其接地端与第二放电电极8相接， 8放入反应腔里的溶液中，利用溶液作为其放电介质。

图3a为放电阵列中的一个放电单元的立体视图，图3b为该放电单元剖切掉四分之一后的立体结构视图。包括氧气进气管6A、氩气进气管6B、石英玻璃介质放电阻挡管6C，放电电极6D四部分组成。氧气进气管6A为内径8mm直径10mm的石英玻璃管，顶端为一尖嘴，尖嘴顶部外径3mm内径1mm。氩气进气管6B为外径6mm内径4mm的石英玻璃管。放电电极6D为所述第一放电电极，其为 0.4mm直径铜导线，其外部包裹石英玻璃介质放电阻挡管6C，外径2mm内径0.4mm，且顶端封闭。氩气进入氩气室4后，继而进入氩气进气管6B，在进气管中被高压电极6D电离，产生氩气等离子体。氧气进入氧气室3，然后进入氧气进气管6A，最后与氩气等离子体混合后由氧气进气管6A的尖嘴部分进入反应腔，对其内的物质进行处理。氧气进气管6A的尖嘴部分具有混气及汇聚作用。

图4为介质板和进气管阵列剖切掉四分之一后的立体结构示意图。其中介质板2A、2B、2C均为厚度为1cm的聚四氟乙烯，其上均打有通孔阵列。通过电脑程序对放电活化离子扩散的模拟，为获得较均匀活化水，阵列排列采用正三角形基元，整体构成正六边形阵列较为合适。介质板2A上的通孔直径为10mm；介质板2B上的通孔直径为6mm；介质板2B上的通孔直径为4mm。氧气进气管6A被固定于介质板2A的通孔上，组成氧气管阵列；氩气进气管6B被固定于介质板2B的通孔上，组成氩气管阵列；石英玻璃介质放电阻挡管6C固定于介质板2C的通孔上，组成介质管阵列。放电电极铜线6D统一固定于电路板5上，电极间做并联连接，通过5上的电路接口与高压电源相接，如图5所示。

氧气进气管6A、氩气进气管6B、石英玻璃介质放电阻挡管6C、放电电极6D长度之比大致近似为1:2:3:4，其大致长度可根据装置尺寸调节。氩气进气管6B伸入氧气进气管6A中，6B顶部距离6A的尖嘴底侧大于等于5mm。放电电极6D进入氩气室及氩气进气管6B的全部均被放电阻挡管6C包裹，6D顶部超出氩气进气管6B顶部2mm左右。

若需要提高产量，适应大面积工业等离子体处理的需要（例如废水处理），可稍微对该装置的反应腔进行改进，一端为反应物入口，一端为反应物出口，前一个装置的入口与后一个装置的出口相连，使多个装置串联在一起，流水作业，液体流动将带走装置反应热量，有效降温；同时各装置的气室相互连通，统一接到气源上，循环利用气体。图6为将两个装置进行串联应用的示意图。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (6)

1.一种双层气体布局大面积介质阻挡放电阵列装置，包括反应腔，氧气室，氩气室，由相同的放电单元构成放电阵列，高压电极板以及连接至所述放电电极的高压电源等，所述装置为双层气体进气结构，所述反应腔与氧气室用第一介质板隔开，氧气室与氩气室用第二介质板隔开，氩气室底部为第三介质板，所述放电阵列由放电单元组成。

2.根据权利要求1所述双层气体布局大面积介质阻挡放电阵列装置，所述放电单元由氧气进气管、氩气进气管、放电阻挡管、第一放电电极组成，氧气进气管被固定于第一介质板的通孔上，氩气进气管被固定于第二介质板的通孔上，放电阻挡管被固定于第三介质板的通孔上，放电电极导线被固定于装置最底部的电路板上。

3.根据权利要求2所述双层气体布局大面积介质阻挡放电阵列装置，所述放电单元的氧气进气管、氩气进气管、放电阻挡管、第一放电电极线长度之比为1:2:3:4。

4.根据权利要求2所述双层气体布局大面积介质阻挡放电阵列装置，所述放电单元由内到外依次是：第一放电电极、放电阻挡管、氩气进气管、氧气进气管。

5.根据权利要求1所述双层气体布局大面积介质阻挡放电阵列装置，第一介质板、第二介质板、第三介质板上均打有通孔阵列，第一介质板上的通孔直径为10mm，第二介质板上的通孔直径为6mm，第三介质板上的通孔直径为4mm。

6.根据权利要求1所述双层气体布局大面积介质阻挡放电阵列装置，多个该装置工作时，其反应腔、氧气室、氩气室可分别串联连接，实现多个装置串联连接工作，所述串联连接工作时，通过反应腔中液体流动带走装置反应热量。