CN111935895A - 一种沿面防拉弧等离子体发生装置及发生方法 - Google Patents

Abstract

一种沿面防拉弧等离子体发生装置，包括电源和等离子体放电装置；等离子体放电装置为平行并列多槽结构，自上而下包括相互紧密贴合的三层：上电极板、介质板和下电极板；上、下电极板各边缘与介质板的相应边缘均留有一定距离，避免电压过高而绕过介质板边缘产生拉弧。还提供一种沿面防拉弧等离子体发生方法。本发明的装置和方法能够产生大面积均匀放电等离子体，处理有害气体效率更高；装置各个部件组装方便，易模块化；装置结构均做倒圆角处理，避免出现尖端放电而影响绝缘介质的使用寿命或者局部温度过高。

Description

一种沿面防拉弧等离子体发生装置及发生方法

技术领域

本发明涉及等离子技术领域，具体涉及一种沿面防拉弧等离子体发生装置及发生方法。

背景技术

在日常生活或工业生产中不可避免会出现有毒有害气体，威胁人类安全，等离子体技术作为一项新技术，因产生方法容易、结构简单，处理后不会造成二次污染，近年来在净化空气中的应用越来越广泛，目前常用的等离子体发生方式为体介质阻挡放电和沿面介质阻挡放电，其中，体介质阻挡放电所需击穿电压高，在日常应用中存在安全风险；对于具有多组平行电极的沿面介质阻挡放电，若高压平行电极之间间距过大，放电等离子体很难覆盖整个介质板的狭缝，影响有害气体处理效率；若高压平行电极之间距离过小，当气流中存在灰尘、大颗粒物质，或空气湿度过高，都会导致电极之间出现拉弧，局部温度过高甚至会对等离子体发生装置造成不可逆破坏。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种沿面防拉弧等离子体发生装置，包括电源和等离子体放电装置；其中

等离子体放电装置为平行并列多槽结构，自上而下包括相互紧密贴合的三层：上电极板、介质板和下电极板；

上电极板为矩形金属薄片，上电极板的四个角均导圆角；在上电极板的四个角附近分别开有四个定位孔，用于与介质板相互配合固定；在上电极板上，与上电极板的左、右边缘相平行，加工相互平行、等间距布置的多条上槽孔，这些上槽孔长度、宽度均相等，长度方向上的前、后端分别齐平，相邻上槽孔之间间距相等，相邻上槽孔之间为形状相同的上金属细条；上槽孔是从高度方向穿透上电极板的长条形孔；上槽孔的前、后端分别倒圆角；

下电极板为矩形金属薄片，下电极板的四个角均导圆角；在下电极板上，与下电极板的左、右边缘相平行，加工相互平行、等间距布置的多条下槽孔，这些下槽孔长度、宽度均相等，长度方向上的前、后端分别齐平，相邻下槽孔之间间距相等，相邻下槽孔之间为形状相同的下金属细条；下槽孔是从高度方向穿透下电极板的长条形孔，其数量与上电极板的上槽孔数量相同；与上电极板的上槽孔相比，下电极板的下槽孔的宽度更宽，由此，下电极板的相邻下槽孔之间的间隔小于上电极板的上槽孔之间的间隔；每个上槽孔在位置上都对应一个相应的下槽孔；下槽孔的前、后端分别倒圆角；

介质板为矩形薄板，薄板的长度和宽度均稍大于上、下电极板的长度和宽度，介质板的水平面中心与上、下电极板的水平面中心在水平面上的投影相重合；

介质板上表面含有四个圆柱状的突起定位结构，这四个突起定位结构的位置与上电极板的四个定位孔位置对应，四个定位孔分别嵌入四个突起定位结构，使上电极板能够覆盖并贴合介质板；在介质板上，与介质板的左、右边缘相平行，加工相互平行、等间距布置的多条中槽孔，这些中槽孔长度、宽度均相等，长度方向上的前、后端分别齐平，相邻中槽孔之间间距相等；中槽孔是从高度方向穿透介质板的长条形孔，其数量与上电极板的上槽孔、下电极板上的下槽孔数量相同；

从介质板的上表面看，中槽孔整体呈长条状，条状的两端拼接有半圆形孔，该半圆形孔与上、下电极板槽孔两端所倒圆角通常形状契合；从介质板的下表面看，中槽孔形状与介质板上表面观察到的形状完全相同；在介质板背面，沿着中槽孔边缘、向外侧做出一圈凸台，凸台是介质板的一部分；下电极板上的下槽孔与每个中槽孔的凸台位置相对应，所以下电极板能够穿过凸台向介质板下表面靠近，直至下电极板的上表面能够紧贴介质板下表面；

上、下电极板各边缘与介质板的相应边缘均留有一定距离，避免电压过高而绕过介质板边缘产生拉弧；

电源高压端接上电极板，电源负端接下电极板。

在本发明的一个实施例中，下电极板的总体尺寸与上电极板的总体尺寸一致，上电极板在水平面上的投影与下电极板在水平面上的投影不重合，这是因为下电极板中间金属细条宽度小于上电极板，上电极板边框在水平面上的投影与下电极板边框在水平面上的投影重合。

在本发明的一个具体实施例中，凸台与介质板一体化形成。

在本发明的另一个实施例中，凸台的厚度根据相邻槽之间的距离变化，相邻槽之间的距离越大，凸台越厚；高度依据所加电压的大小有所变化，电压越高，凸台高度越高。

在本发明的又一个实施例中，因为沿着介质板中槽孔要做凸台，凸台有一定的厚度，所以下电极板金属条要更细一些，安装时，下电极板才能正好卡住介质板的下表面，而使凸台穿过下电极板后向下突出，由此，下电极板的下槽孔也要相应宽一些，便于容纳凸台。

还提供一种基于上述沿面防拉弧等离子体发生装置的沿面防拉弧等离子体发生方法，分为以下步骤：

第一步：将上电极板按照定位孔装入介质板；

第二步：将下电极板对准凸台间的沟槽，嵌至介质板下表面；

第三步：使用高压导线连接上电极板和电源高压端，电源输出波形选择正弦波或纳秒脉冲；

第四步：使用导线连接下电极板和电源负端；

第五步：打开电源开关，调节电源旋钮，升高电压，直到肉眼能够观察到紫色明亮的放电等离子体；此时，上电极板上的上金属细条与位置相应的下电极板上的下金属细条构成一组等离子体放电器，每个中槽孔中产生的等离子体由相邻两组等离子体放电器放电形成，并覆盖整个槽孔内部。

本发明旨在提供一种沿面防拉弧等离子体发生装置及对应的等离子体产生方法，解决目前等离子体有害气体处理中因灰尘、大颗粒附着或空气湿度过高可能导致的发生装置在高压高频工作状态下出现电极与电极之间拉弧的问题，同时，该发生装置也能够实现大面积均匀的等离子体发生区域，有效提高等离子体处理有害气体的效率。

附图说明

图1示出本发明一种沿面防拉弧等离子体发生装置的组成结构示意图，其中图1(a)示出上电极板和绝缘介质板拼接，图1(b)示出下电极板和绝缘介质板拼接；

图2示出电极板的形状结构示意图，其中图2(a)示出上电极板，图2(b)示出下电极板；

图3示出介质板的结构示意图，其中图3(a)示出介质板正面，图3(b)示出介质板背面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明提供一种沿面防拉弧等离子体发生装置，包括电源和等离子体放电装置，如图1所示。等离子体放电装置为平行并列多槽结构，自上而下包括相互紧密贴合的三层：上电极板、绝缘介质板(以下简称为“介质板”)和下电极板。上电极和介质板拼接状态如图1(a)所示，下电极和介质板拼接状态如图1(b)所示。

如图2(a)所示，上电极板为矩形金属薄片，上电极板的四个角均导圆角。在上电极板的四个角附近分别开有四个定位孔，用于与介质板相互配合固定。在上电极板上，与上电极板的左、右边缘相平行，加工相互平行、等间距布置的多条上槽孔，这些上槽孔长度、宽度均相等，长度方向上的前、后端分别齐平，相邻上槽孔之间间距相等，相邻上槽孔之间为形状相同的上金属细条。上槽孔是从高度方向穿透上电极板的长条形孔。上槽孔的前、后端分别倒圆角。

如图2(b)所示，下电极板为矩形金属薄片，下电极板的总体尺寸与上电极板的总体尺寸一致，上电极板在水平面上的投影与下电极板在水平面上的投影不重合，这是因为下电极板中间金属细条宽度小于上电极板，但一般而言，上电极板边框在水平面上的投影与下电极板边框在水平面上的投影重合。下电极板的四个角均导圆角。在下电极板上，与下电极板的左、右边缘相平行，加工相互平行、等间距布置的多条下槽孔，这些下槽孔长度、宽度均相等，长度方向上的前、后端分别齐平，相邻下槽孔之间间距相等，相邻下槽孔之间为形状相同的下金属细条。下槽孔是从高度方向穿透下电极板的长条形孔，其数量与上电极板的上槽孔数量相同。与上电极板的上槽孔相比，下电极板的下槽孔的宽度更宽，由此，下电极板的相邻下槽孔之间的间隔小于上电极板的上槽孔之间的间隔。每个上槽孔在位置上都对应一个相应的下槽孔。下槽孔的前、后端分别倒圆角。

如图3(a)、3(b)所示，介质板为矩形薄板，薄板的长度和宽度均稍大于上、下电极板的长度和宽度，介质板的水平面中心与上、下电极板的水平面中心在水平面上的投影相重合。

如图3(a)所示，介质板上表面含有四个圆柱状的突起定位结构，这四个突起定位结构的位置与上电极板的四个定位孔位置对应，四个定位孔分别嵌入四个突起定位结构，使上电极板能够覆盖并贴合介质板。在介质板上，与介质板的左、右边缘相平行，加工相互平行、等间距布置的多条中槽孔，这些中槽孔长度、宽度均相等，长度方向上的前、后端分别齐平，相邻中槽孔之间间距相等。中槽孔是从高度方向穿透介质板的长条形孔，其数量与上电极板的上槽孔、下电极板上的下槽孔数量相同。

从介质板的上表面看，中槽孔整体呈长条状，条状的两端拼接有半圆形孔，该半圆形孔与上、下电极板槽孔两端所倒圆角通常形状契合。从介质板的下表面看，如图3(b)所示，中槽孔形状与介质板上表面观察到的形状完全相同。在介质板背面，沿着中槽孔边缘、向外侧做出一圈凸台，凸台是介质板的一部分，通常与介质板一体化形成。凸台的厚度(指的是凸台沿槽孔延伸方向的横截面的宽度)可根据相邻槽之间的距离有所变化，相邻槽之间的距离越大，凸台越厚；高度可依据所加电压的大小有所变化，通常电压越高，凸台高度越高。下电极板上的下槽孔与每个中槽孔的凸台位置相对应，所以下电极板能够穿过凸台向介质板下表面靠近，直至下电极板的上表面能够紧贴介质板下表面。

如图1(b)所示，因为沿着介质板中槽孔要做凸台，凸台有一定的厚度，所以下电极板金属条要更细一些，安装时，下电极板才能正好卡住介质板的下表面，而使凸台穿过下电极板后向下突出，由此，下电极板的下槽孔也要相应宽一些，便于容纳凸台。

上、下电极板各边缘与介质板的相应边缘均留有一定距离，避免电压过高而绕过介质板边缘产生拉弧。

电源高压端接上电极板，下电极板接电源地端，接通电源，等离子体放电装置工作，在槽内产生紫色的等离子体。在这个等离子体放电装置中，上电极板上的上金属细条与位置相应的下电极板上的下金属细条构成一组等离子体放电器，每个中槽孔中产生的等离子体由相邻两组等离子体放电器放电形成，并覆盖整个槽孔内部，因此，本发明的等离子体发生装置可等效为多组平行阵列的等离子体放电器。与单组电极等离子体发生器比较，该装置能够产生大面积均匀的等离子体放电效果。

一种沿面防拉弧等离子体发生方法，具体分为以下步骤：

第一步：将上电极板按照定位孔装入介质板；

第二步：将下电极板对准凸台间的沟槽，嵌至介质板下表面；

第三步：使用高压导线连接上电极板和电源高压端，电源输出波形可选择正弦波或者纳秒脉冲；

第四步：使用导线连接下电极板和电源负端；

第五步：打开电源开关，调节电源旋钮，升高电压，直到肉眼能够观察到紫色明亮的放电等离子体。

本发明的沿面防拉弧等离子体槽，工作稳定可靠，不仅能够防止上下电极板之间出现拉弧，而且具备以下优点：

1、装置结构均做倒圆角处理，避免出现尖端放电而影响绝缘介质的使用寿命或者局部温度过高；

2、装置各个部件组装方便，易模块化。

3、能够产生大面积均匀放电等离子体，处理有害气体效率更高。

Claims (6)

1.一种沿面防拉弧等离子体发生装置，包括电源和等离子体放电装置；其特征在于

等离子体放电装置为平行并列多槽结构，自上而下包括相互紧密贴合的三层：上电极板、介质板和下电极板；

上电极板为矩形金属薄片，上电极板的四个角均导圆角；在上电极板的四个角附近分别开有四个定位孔，用于与介质板相互配合固定；在上电极板上，与上电极板的左、右边缘相平行，加工相互平行、等间距布置的多条上槽孔，这些上槽孔长度、宽度均相等，长度方向上的前、后端分别齐平，相邻上槽孔之间间距相等，相邻上槽孔之间为形状相同的上金属细条；上槽孔是从高度方向穿透上电极板的长条形孔；上槽孔的前、后端分别倒圆角；

下电极板为矩形金属薄片，下电极板的四个角均导圆角；在下电极板上，与下电极板的左、右边缘相平行，加工相互平行、等间距布置的多条下槽孔，这些下槽孔长度、宽度均相等，长度方向上的前、后端分别齐平，相邻下槽孔之间间距相等，相邻下槽孔之间为形状相同的下金属细条；下槽孔是从高度方向穿透下电极板的长条形孔，其数量与上电极板的上槽孔数量相同；与上电极板的上槽孔相比，下电极板的下槽孔的宽度更宽，由此，下电极板的相邻下槽孔之间的间隔小于上电极板的上槽孔之间的间隔；每个上槽孔在位置上都对应一个相应的下槽孔；下槽孔的前、后端分别倒圆角；

介质板为矩形薄板，薄板的长度和宽度均稍大于上、下电极板的长度和宽度，介质板的水平面中心与上、下电极板的水平面中心在水平面上的投影相重合；

介质板上表面含有四个圆柱状的突起定位结构，这四个突起定位结构的位置与上电极板的四个定位孔位置对应，四个定位孔分别嵌入四个突起定位结构，使上电极板能够覆盖并贴合介质板；在介质板上，与介质板的左、右边缘相平行，加工相互平行、等间距布置的多条中槽孔，这些中槽孔长度、宽度均相等，长度方向上的前、后端分别齐平，相邻中槽孔之间间距相等；中槽孔是从高度方向穿透介质板的长条形孔，其数量与上电极板的上槽孔、下电极板上的下槽孔数量相同；

从介质板的上表面看，中槽孔整体呈长条状，条状的两端拼接有半圆形孔，该半圆形孔与上、下电极板槽孔两端所倒圆角通常形状契合；从介质板的下表面看，中槽孔形状与介质板上表面观察到的形状完全相同；在介质板背面，沿着中槽孔边缘、向外侧做出一圈凸台，凸台是介质板的一部分；下电极板上的下槽孔与每个中槽孔的凸台位置相对应，所以下电极板能够穿过凸台向介质板下表面靠近，直至下电极板的上表面能够紧贴介质板下表面；

上、下电极板各边缘与介质板的相应边缘均留有一定距离，避免电压过高而绕过介质板边缘产生拉弧；

电源高压端接上电极板，电源负端接下电极板。

2.如权利要求1所述的沿面防拉弧等离子体发生装置，其特征在于，下电极板的总体尺寸与上电极板的总体尺寸一致，上电极板在水平面上的投影与下电极板在水平面上的投影不重合，这是因为下电极板中间金属细条宽度小于上电极板，上电极板边框在水平面上的投影与下电极板边框在水平面上的投影重合。

3.如权利要求1所述的沿面防拉弧等离子体发生装置，其特征在于，凸台与介质板一体化形成。

4.如权利要求1所述的沿面防拉弧等离子体发生装置，其特征在于，凸台的厚度根据相邻槽之间的距离变化，相邻槽之间的距离越大，凸台越厚；高度依据所加电压的大小有所变化，电压越高，凸台高度越高。

5.如权利要求1所述的沿面防拉弧等离子体发生装置，其特征在于，因为沿着介质板中槽孔要做凸台，凸台有一定的厚度，所以下电极板金属条要更细一些，安装时，下电极板才能正好卡住介质板的下表面，而使凸台穿过下电极板后向下突出，由此，下电极板的下槽孔也要相应宽一些，便于容纳凸台。

6.一种基于权利要求1至5所述的沿面防拉弧等离子体发生装置的沿面防拉弧等离子体发生方法，其特征在于，分为以下步骤：

第一步：将上电极板按照定位孔装入介质板；

第二步：将下电极板对准凸台间的沟槽，嵌至介质板下表面；

第三步：使用高压导线连接上电极板和电源高压端，电源输出波形选择正弦波或纳秒脉冲；

第四步：使用导线连接下电极板和电源负端；

第五步：打开电源开关，调节电源旋钮，升高电压，直到肉眼能够观察到紫色明亮的放电等离子体；此时，上电极板上的上金属细条与位置相应的下电极板上的下金属细条构成一组等离子体放电器，每个中槽孔中产生的等离子体由相邻两组等离子体放电器放电形成，并覆盖整个槽孔内部。

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