CN112087857A - 电晕放电等离子体发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种电晕放电等离子体发生装置，属于等离子体技术领域。所述电晕放电等离子体发生装置包括：低压电极部件，包括：对置设置的两个低压电极板，所述两个低压电极板的对置面各覆有多孔绝缘层；高压电极部件，包括：两个高压绝缘支撑板，所述两个高压绝缘支撑板对置设置；及金属丝，所述金属丝两端分别嵌入于所述两个高压绝缘支撑板内，使得所述金属丝固定于所述两个低压电极板之间，以在所述金属丝及低压电极板发生放电过程中诱导所述低压电极的多孔绝缘层孔内产生微放电，如此不仅提高等离子体放电区域面积，同时提高等离子体密度，进而提高产生的等离子体强度。

Description

电晕放电等离子体发生装置

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，具体地涉及一种电晕放电等离子体发生装置。

背景技术

电晕放电作为常见的低温等离子体技术之一，目前在静电除尘，静电喷涂等工业应用领域已有一定程度的发展，但由于电晕放电装置的结构特点决定了其放电区域仅集中在曲率半径较小的高压电极附近，使得电晕放电等离子体产生区域小且能量效率低，进而限制了电晕放电等离子体技术的进一步拓展及优化。目前提高电晕放电等离子体的技术手段有利用脉冲电源驱动电晕放电，提高系统的能量注入效率，但该技术目前主要受大功率脉冲电源生产的技术难题及大规模工业化成本高的限制。为了进一步提高电晕放电等离子体的工业应用效果，通过优化放电装置来提高电晕放电等离子体强度是目前可供选择的有效途径。

利用优化放电装置来提高系统产生等离子体强度的方法一般通过减小放电间距来实现，进而在较小的功率条件下获得较高的等离子体强度，但放电间距的减小并不能增加放电面积，同时较小的放电间距条件下易发生火花击穿。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种电晕放电等离子体发生装置，向平行于两个低压电极板之间的金属丝通电使得在电晕放电过程中诱导两个低压电极板的多孔绝缘层的孔内产生微放电。

为了实现上述目的，本发明实施例提供电晕放电等离子体发生装置，所述装置包括：低压电极部件，包括：对置设置的两个低压电极板，所述两个低压电极板的对置面各覆有多孔绝缘层；高压电极部件，包括：两个高压绝缘支撑板，所述两个高压绝缘支撑板对置设置；及金属丝，所述金属丝两端分别嵌入于所述两个高压绝缘支撑板内，使得所述金属丝固定于所述两个低压电极板之间，以在所述金属丝及低压电极板之间电晕放电过程中诱导所述两个低压电极板的多孔绝缘层的孔内产生微放电。

可选的，所述低压电极部件还包括两个低压绝缘支撑板，所述两个低压绝缘支撑板分别具有凹槽，所述两个低压电极板分别嵌入在两个所述凹槽中，以分别固定在所述两个低压绝缘支撑板上。

可选的，所述两个低压绝缘支撑板各具有一通孔，所述通孔用于嵌入接地柱，以使得所述接地柱与所述低压电极板连接。

可选的，所述接地柱接地。

可选的，所述接地柱外部为螺纹状，在所述接地柱与所述低压电极板连接的情况下，所述接地柱由配套的螺母固定。

可选的，所述多孔绝缘层的厚度和/或所述孔的尺寸为微米量级。

可选的，所述两个高压绝缘支撑板包括：第一高压绝缘支撑板，所述第一高压绝缘支撑板具有孔以嵌入中间开有孔的圆柱型绝缘材料；第二高压绝缘支撑板，所述第二高压绝缘支撑板具有孔以嵌入中间开有孔的高压接线端子，所述金属丝两端分别嵌入于所述两个高压绝缘支撑板内包括：所述金属丝一端嵌入于所述圆柱型绝缘材料，另一端由所述高压接线端子的孔延伸出并与所述高压接线端子连接。

可选的，所述金属丝通过所述高压接线端子与电源接通以得电。

可选的，所述高压绝缘支撑板与所述低压绝缘支撑板通过楔形槽搭接。

可选的，所述金属丝与所述两个低压电极板之间等间距。

可选的，所述装置包括多个平行排列的所述金属丝。

通过上述技术方案，电晕放电等离子体发生装置包括：低压电极部件，包括：对置设置的两个低压电极板，所述两个低压电极板的对置面各覆有多孔绝缘层；高压电极部件，包括：两个高压绝缘支撑板，所述两个高压绝缘支撑板对置设置；及金属丝，所述金属丝两端分别嵌入于所述两个高压绝缘支撑板内，使得所述金属丝固定于所述两个低压电极板之间，以在所述金属丝及低压电极板发生电晕放电过程中诱导所述低压电极的多孔绝缘层孔内产生微放电，如此不仅提高等离子体放电区域面积，同时提高等离子体密度，进而提高产生的等离子体强度。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明一实施例提供的一种电晕放电等离子体发生装置的剖面示意图。

图2是本发明一实施例提供的低压电极结构图。

图3为本发明实施例提供的高压绝缘支撑板和低压绝缘支撑板的示意图。

附图标记说明

1低压绝缘支撑板 2圆柱型绝缘材料 3接地柱

4螺母 5低压电极板 6多孔绝缘层

7金属丝 8高压接线端子 9第一高压绝缘支撑板

10绝缘微孔 11螺纹 12楔形槽

13凹槽 14通孔 15第二高压绝缘支撑板

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

本发明中的电晕放电等离子体发生装置包括：低压电极部件，包括：对置设置的两个低压电极板，两个低压电极板的对置面各覆有多孔绝缘层；高压电极部件，包括：两个高压绝缘支撑板，两个高压绝缘支撑板对置设置；及金属丝，金属丝两端分别嵌入于两个高压绝缘支撑板内，使得金属丝固定于两个低压电极板之间，以在所述金属丝及低压电极板发生电晕放电过程中诱导所述两个低压电极板的多孔绝缘层的孔内产生微放电。

其中，金属丝可平行于两个低压电极板，且与两个低压电极板的间距相等，如此可使得在满足放电间距的条件下，两个低压电极板能同时产生微放电。

多孔绝缘层与低压电极板紧密贴合，且多孔绝缘层可分布有多个绝缘微孔。基于电晕放电原理，将多孔绝缘层覆于低压电极板作为放电装置介质层，放电过程气体受到激发产生的正负离子受到电场的作用，在放电空间做定向运动，低压电极板上的多孔绝缘层的存在使得正离子累积在绝缘层表面进而在绝缘微孔处形成与原电场方向相同的附加电场，附加电场强度随累积电荷增加而增强，当其增大到一定程度，则会诱发微孔处产生沿面微放电，进而产生高密度等离子体。因此，低压电极绝缘孔内微放电一方面增加电晕放电区域面积；另一方面由于微放电能产高密度等离子体的特点，能显著增强气体放电过程等离子体强度。

本发明实施例中的电晕放电等离子体发生装置利用多孔绝缘层修饰低压电极板，并通过将金属丝固定于高压绝缘支撑板作为高压电极部件，进而构成线-板式电晕放电结构，在放电过程中，由于低压电极板上的多孔绝缘层的存在使得正离子累积在绝缘层表面进而在绝缘层微孔处产生沿面微放电，从而增大了放电区域和等离子体密度，提高了等离子体的强度。

如图1所示，低压电极板5覆有多孔绝缘层6，其中低压电极板5可为金属材料。高压电极部件，包括：两个高压绝缘支撑板9，分别平行对置设置；及金属丝7，其两端分别嵌入于两个高压绝缘支撑板9内，使得金属丝7固定在两个低压电极板5之间，在金属丝7及低压电极板5电晕放电过程中诱发两个低压电极板5的多孔绝缘层6的孔内产生微放电。

低压电极部件还包括两个低压绝缘支撑板1，两个低压绝缘支撑板1分别具有凹槽，两个低压电极板5分别嵌入在两个凹槽中，以分别固定在两个低压绝缘支撑板1上。此外，高压绝缘支撑板与低压绝缘支撑板1通过楔形槽搭接。

如此可以发现，通过将高压绝缘支撑板与低压绝缘支撑板1进行搭接，并将两个低压电极板5嵌入在两个低压绝缘支撑板1的两个凹槽中后，两个低压电极板5的两端可延伸至高压绝缘支撑板，从而可在整个高压绝缘支撑板和低压绝缘支撑板1搭接的空间内产生气体放电等离子体。

此外，高压绝缘支撑板与低压绝缘支撑板1也可通过其他方式进行搭接，本发明中列举的楔形槽搭接只是作为一种可选的方式。

两个低压绝缘支撑板1各具有一通孔，该通孔用于嵌入接地柱3，以使得接地柱3与低压电极板5连接。其中，接地柱3接地。

可以理解，通过将接地柱3嵌入至低压绝缘支撑板1，从而可使得接地柱3通过通孔与低压电极板5连接，以使得低压电极板5接地极，构成低压电极。

两个高压绝缘支撑板可包括：第一高压绝缘支撑板9，第一高压绝缘支撑板9具有孔以嵌入中间开有孔的圆柱型绝缘材料2；第二高压绝缘支撑板15，第二高压绝缘支撑板15具有孔以嵌入中间开有孔的高压接线端子8，金属丝7两端分别嵌入于两个高压绝缘支撑板内包括：金属丝7一端嵌入于圆柱型绝缘材料2，另一端由高压接线端子8的孔延伸出并与高压接线端子8连接，构成高压电极。金属丝7通过高压接线端子8与电源接通以得电。其中，圆柱型绝缘材料2为韧性绝缘材料。

其中，高压接线端子8连接外部驱动电源的高压输出端。

金属丝7的一端通过嵌入圆柱型绝缘材料2内而被固定在第一高压绝缘支撑板9上；而金属丝7的另一端延伸出高压接线端子8并与高压接线端子8连接，其中，可将金属丝7的另一端弯曲并挂靠在高压接线端子8上，使得金属丝7处于水平自然的状态。

金属丝7可平行于两个低压电极板5，且与两个低压电极板5的间距相等，如此可使得在满足放电间距的条件下，两个低压电极板5能同时产生微放电。

本发明实施例的电晕放电等离子体发生装置通过在低压绝缘支撑板内嵌入接地柱以与低压电极板连接，从而构成低压电极；在高压绝缘支撑板内嵌入高压接线端子并使之与金属丝连接，以构成高压电极，在对装置施加外部电场激发金属丝及低压电极之间电晕放电过程中诱发两个低压电极板的多孔绝缘层的孔内产生微放电，该装置结构简单，能有效将驱动电源能量注入等离子体发生装置，从而在电晕放电的基础上，累积电荷激发绝缘小孔内诱发沿面微放电，进而提高放电等离子体强度。

如图2为本发明实施例提供的低压电极的结构图。接地柱3与低压电极板5连接构成低压电极。其中，低压电极板5上的多孔绝缘层6的厚度可为微米量级，且多孔绝缘层6上可分布有多个绝缘微孔10，多孔绝缘层6的孔的尺寸可为微米量级。多孔绝缘层6上的孔可为规则或无规则的排列分布，作为一优选实施例，多孔绝缘层6分布的孔可以呈等间距直线排列，金属丝7可同时与两个低压电极板5的多孔绝缘层6的某一行孔平行，且处于同一竖直平面上，如此即可保证尽可能多的微放电微孔，且在两个低压电极板5同时产生微放电。

可以理解，基于电晕放电原理，将多孔绝缘层6覆于低压电极板作为放电装置介质层，放电过程气体受到激发产生的正负离子受到电场的作用，在放电空间做定向运动，低压电极板上的多孔绝缘层6的存在使得正离子累积在绝缘层表面进而在绝缘微孔10处形成与原电场方向相同的附加电场，附加电场强度随累积电荷增加而增强，当其增大到一定程度，则会诱发微孔处产生沿面微放电，进而产生高密度等离子体。因此绝缘微孔10内产生的微放电在增加放电区域面积的基础上，同时还增强了气体放电等离子体强度。

如图所示，接地柱3外部可为分布有螺纹11的螺纹状，在接地柱3与低压电极板5连接的情况下，接地柱3可由配套的螺母4固定。

本发明实施例通过将接地柱与低压电极板连接以构成低压电电极，并将多孔绝缘层的孔按照等间距直线排列，并限制孔的量级为微米量级，从而保证尽可能多的微放电微孔及高密度的等离子体。

本发明电晕放电等离子体发生装置可包括多个平行排列的金属丝，其中多个平行排列的金属丝位于同一水平面上。多个平行排列的金属丝通过开有孔的圆柱型绝缘材料2嵌入第一高压绝缘支撑板9的位置如图3所示，多个平行排列的金属丝可保持同一间距，且与高压绝缘支撑板的侧面边距相同，即与两个低压绝缘支撑板1的间距相同。作为一优选的实施例，多个平行排列的金属丝中的每一金属丝可分别与两个低压电极板的多孔绝缘层6中的某一行孔平行，且处于同一竖直平面上，如此即可保证在特定的放电间距条件下尽可能多的微放电微孔，且各金属丝与两个低压电极板同时产生微放电。

低压绝缘支撑板1具有：凹槽13，用以嵌入低压电极板5，使得低压电极板固定在低压绝缘支撑板1上；及楔形槽12，位于低压绝缘支撑板1两端，该楔形槽12使得低压绝缘支撑板1能够与高压绝缘支撑板构成楔形搭接。可以理解，通过将高压绝缘支撑板与低压绝缘支撑板1进行搭接，并将两个低压电极板5嵌入在两个低压绝缘支撑板1的两个凹槽13中后，两个低压电极板5的两端可延伸至高压绝缘支撑板，从而可在整个高压绝缘支撑板和低压绝缘支撑板1搭接的空间内产生气体放电等离子体。

低压绝缘支撑板1的通孔14可开于中部，用于嵌入接地柱3，通孔14内侧表面可具有与接地柱3契合的螺纹，以使得接地柱3能固定在低压绝缘支撑板上1。

本发明实施例通过平行设置多个金属丝，每一金属丝与两个低压电极板的间距相同，且每一金属丝可分别与两个低压电极板的多孔绝缘层中的某一行孔平行，且处于同一竖直平面上，由此可保证在特定的放电间距条件下尽可能多的微放电微孔，且各金属丝与两个低压电极板5同时产生微放电。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (11)

1.一种电晕放电等离子体发生装置，其特征在于，所述装置包括：

低压电极部件，包括：对置设置的两个低压电极板，所述两个低压电极板的对置面各覆有多孔绝缘层；

高压电极部件，包括：

两个高压绝缘支撑板，所述两个高压绝缘支撑板对置设置；及

金属丝，所述金属丝两端分别嵌入于所述两个高压绝缘支撑板内，使得所述金属丝固定于所述两个低压电极板之间，以在所述金属丝及低压电极板间放电过程诱导所述两个低压电极板的多孔绝缘层孔内产生微放电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述低压电极部件还包括两个低压绝缘支撑板，所述两个低压绝缘支撑板分别具有凹槽，所述两个低压电极板分别嵌入在两个所述凹槽中，以分别固定在所述两个低压绝缘支撑板上。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述两个低压绝缘支撑板各具有一通孔，所述通孔用于嵌入接地柱，以使得所述接地柱与所述低压电极板连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述接地柱接地。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述接地柱外部为螺纹状，在所述接地柱与所述低压电极板连接的情况下，所述接地柱由配套的螺母固定。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多孔绝缘层的厚度和/或所述孔的尺寸为微米量级。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两个高压绝缘支撑板包括：

第一高压绝缘支撑板，所述第一高压绝缘支撑板具有孔以嵌入中间开有孔的圆柱型绝缘材料；

第二高压绝缘支撑板，所述第二高压绝缘支撑板具有孔以嵌入中间开有孔的高压接线端子，

所述金属丝两端分别嵌入于所述两个高压绝缘支撑板内包括：

所述金属丝一端嵌入于所述圆柱型绝缘材料，另一端由所述高压接线端子的孔延伸出并与所述高压接线端子连接。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述金属丝通过所述高压接线端子与电源接通以得电。

9.根据权利要求1-2所述的装置，其特征在于，所述高压绝缘支撑板与所述低压绝缘支撑板通过楔形槽搭接。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述金属丝与所述两个低压电极板之间等间距。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括多个平行排列的所述金属丝。

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