CN112543541A - 交互式电场的气体放电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交互式电场的气体放电装置，所述交互式电场的气体放电装置包括第一电极、第二电极、第三电极、气流通道以及绝缘介质；所述第一电极与所述第二电极之间形成第一电场，所述第一电极与所述第三电极之间形成第二电场，所述绝缘介质设置在所述第二电场中以使所述第二电场的电场线穿过所述绝缘介质；所述气流通道配置为：所述气流通道内部的气流能够在所述第一电场的作用下产生等离子体射流，并且所述等离子体射流沿所述气流通道运动经过所述第二电场。本发明的交互式电场的气体放电装置能够提供交互式的电场分布，从而提高气体放电过程中气体电离度及活性。

Description

交互式电场的气体放电装置

技术领域

本发明涉及气体放电技术领域，具体地涉及一种交互式电场的气体放电装置。

背景技术

气体放电作为产生低温等离子体的主要方式，其过程一般为外部电场激励电极间隙气体电离，产生一系列高能活性粒子。外部电场注入及电场分布是决定低温等离子体激励电离效率的关键影响因素，电场大小及电场分布由外部电源及气体放电反应装置电极形式决定。

目前，为提高气体放电激励等离子体效率，多采用窄脉宽、高效率的纳秒脉冲作为激励电源，而气体放电反应装置多是基于单一的电场分布形式，难以进一步提高气体电离度及活性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种交互式电场的气体放电装置，该交互式电场的气体放电装置能够提供交互式的电场分布，从而提高气体放电过程中气体电离度及活性。

为了实现上述目的，本发明提供一种交互式电场的气体放电装置，所述交互式电场的气体放电装置包括第一电极、第二电极、第三电极、气流通道以及绝缘介质；所述第一电极与所述第二电极之间形成第一电场，所述第一电极与所述第三电极之间形成第二电场，所述绝缘介质设置在所述第二电场中以使所述第二电场的电场线穿过所述绝缘介质；所述气流通道配置为：所述气流通道内部的气流能够在所述第一电场的作用下产生等离子体射流，并且所述等离子体射流沿所述气流通道运动经过所述第二电场。

可选的，至少一个所述第二电场沿所述气流的流动方向设置在所述等离子体射流的上游并与所述等离子体射流的流动方向相垂直以形成激励电场。

可选的，所述气流通道配置为：所述气流流经所述激励电场的时间不小于所述气流在所述第一电场的作用下产生所述等离子体射流的时间。

可选的，所述第三电极沿第一方向延伸设置，所述第一电极和/或所述第二电极的数量为多个，所述第一电极和所述第二电极沿所述第一方向依次交替且间隔设置；优选地，所述第一电极和所述第二电极中的至少一者为环状结构，所述第三电极为柱状结构并贯穿所述环状结构的环孔；优选地，所述第一电极和所述第二电极均为环状结构且同轴设置，所述第三电极沿所述第一电极和所述第二电极的轴线方向延伸设置。

可选的，所述交互式电场的气体放电装置包括单层所述绝缘介质，所述第二电场的电场线穿过单层所述绝缘介质。

可选的，所述交互式电场的气体放电装置包括固定设置并作为所述绝缘介质的第一绝缘管；所述第一绝缘管内部形成所述气流通道，所述第一电极和所述第二电极设置在所述第一绝缘管的外壁上，所述第三电极设置在所述气流通道中并与所述第一绝缘管的内壁之间具有间隙。

可选的，所述交互式电场的气体放电装置包括固定座，所述固定座具有用于安装所述第一绝缘管的第一凹槽以及用于安装所述第三电极的第二凹槽；优选地，所述固定座在所述第一凹槽和所述第二凹槽之间开设有与所述气流通道连通的通气孔。

可选的，所述交互式电场的气体放电装置包括两层间隔设置的所述绝缘介质，所述第二电场的电场线穿过两层所述绝缘介质。

可选的，所述交互式电场的气体放电装置包括固定设置并作为所述绝缘介质的第一绝缘管和第二绝缘管；所述第一电极和所述第二电极设置在所述第一绝缘管的外壁上；所述第二绝缘管套设在所述第一绝缘管中并与所述第一绝缘管的内壁之间形成作为所述气流通道的间隙，所述第三电极穿设在所述第二绝缘管内部；优选地，所述交互式电场的气体放电装置包括固定座，所述固定座具有用于安装所述第一绝缘管的一端的第一凹槽以及用于安装所述第二绝缘管的一端的第二凹槽；优选地，所述固定座在所述第一凹槽和所述第二凹槽之间开设有与所述气流通道连通的通气孔。

可选的，所述通气孔为多个，多个所述通气孔环绕所述气流通道设置。

通过上述技术方案，气流沿所述气流通道流经所述第一电场时，会在所述第一电场的作用下产生等离子体射流，所述等离子体射流继续沿所述气流通道运动，当所述等离子体射流经过所述第二电场时，会在所述第二电场的作用下提高电离度及活性，从而提高了气体放电过程中气体电离度及活性。

附图说明

图1是本发明的交互式电场的气体放电装置的一种实施方式的侧视图；

图2是图1的局部剖视图；

图3是图1的纵剖图；

图4是图1的交互式电场的气体放电装置的固定座的正视图；

图5是图4的后视图；

图6是本发明的交互式电场的气体放电装置的另一种实施方式的侧视图；

图7是图6的局部剖视图；

图8是图6的纵剖图；

图9是图6的交互式电场的气体放电装置的固定座的正视图；

图10是图9的后视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明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，并不用于限制本发明。

在本发明中，交互式电场的气体放电装置可以设有单层的绝缘介质或者设有双层的绝缘介质，下面将结合附图分别对采用单层绝缘介质的交互式电场的气体放电装置以及双层绝缘介质的交互式电场的气体放电装置进行解释说明。

首先，对采用单层绝缘介质的交互式电场的气体放电装置的具体结构以及工作原理进行解释说明。

如图1～图5所示，本发明的交互式电场的气体放电装置包括第一电极2、第二电极3、第三电极5、气流通道6以及单层的绝缘介质；第一电极2与第二电极3之间形成第一电场，第一电极2与第三电极5之间形成第二电场，单层绝缘介质设置在第二电场中并且第二电场的电场线穿过单层绝缘介质；气流通道6配置为：气流通道6内部的气流能够在第一电场的作用下产生等离子体射流，并且等离子体射流沿气流通道6运动经过第二电场。

在本发明中，气流沿气流通道6流经第一电场时，会在第一电场的作用下产生等离子体射流，等离子体射流继续沿气流通道6运动，当等离子体射流经过第二电场时，会在第二电场诱发的单介质阻挡放电的激励下提高电离度及活性，从而提高了气体放电过程中气体电离度及活性。

应当注意的是，由于在第一电极2与第三电极5之间仅仅设置单层绝缘介质，第二电场在仅有单层绝缘介质的影响下诱发产生单介质阻挡放电，与第一电场产生的等离子体射流形成交叠，从而大大提高了等离子体射流的电离度及活性。

为了进一步提高等离子体射流的电离度及活性，可选的，第一电场垂直于第二电场。需要说明的是，由于两个电极之间的电场的电场线可能呈曲线状态，因此，在本发明中，电场的方向是指一个电极指向另一个电极的直线方向，因而“第一电场垂直于第二电场”指的是：第一电极2指向第二电极3的直线方向垂直于第一电极2指向第三电极5的直线方向。

应当理解的是，第一电极2、第二电极3、第三电极5可以采用多种布置形式，只要其满足第一电场垂直于第二电场即可，在本发明的一种实施方式中，如图2所示，第三电极5可以沿第一方向(图2中的水平方向)延伸设置，第一电极2和第二电极3的数量为多个，第一电极2和第二电极3沿第一方向依次交替且间隔设置(在图2中只示出了一个第二电极3，实际可以在向右延伸的方向上设置多个第二电极3，并且第一电极2与第二电极3交替且间隔设置)。

为了使气流在产生等离子体射流之前被更大程度地激发活性，可选的，至少一个第二电场沿气流的流动方向设置在等离子体射流的上游并与等离子体射流的流动方向相垂直以形成激励电场(例如前端激励电场)。例如图2所示，最左端的第一电极2和第三电极5之间产生的第二电场即为激励电场，该激励电场的方向与气流流动的方向相垂直，从而能够使气流在产生等离子体射流之前被更大程度地激发活性。

当气流经过第一电场时，其能够产生等离子体射流，为了使气流在产生等离子体射流之前能够被充分地激发活性，可选的，气流通道(6)配置为：气流流经激励电场的时间不小于气流在第一电场的作用下产生等离子体射流的时间。也就是说，气流通道6可以通过设置凹凸不平的表面的方式使气流经过激励电场所用的时间等于或者长于气流第一次经过第一电场而产生等离子体射流的时间。例如图2所示，通过改变气流通道6的形状的方式，使气流经过最左端的第一电极2所用的时间至少等于气流经过最左端的第二电极3所用的时间。

应当理解的是，第一电极2和第二电极3可以采用多种结构，这并不影响在第一电极2和第二电极3之间形成第一电场，例如，第一电极2和第二电极3可以采用块状结构，第三电极5采用长条结构，第一电极2和第二电极3的布置方向可以与第三电极5的设置方向相平行。在本发明的一种实施方式中，为了节省设备整体的体积，并且提高电极之间产生电场的效率，可选的，如图3所示，第一电极2和第二电极3均为环状结构，第三电极5为沿第一方向延伸设置的柱状结构，第三电极5贯穿环状结构的第一电极2和第二电极3。

当第一电极2和第二电极3均为环状结构时，第一电极2和第二电极3可以不同轴设置，这时只要保证第三电极5能够穿设于全部的第一电极2和第二电极3的环孔中即可。但是，由于第二电场的场强与第三电极5到第一电极2之间的距离有关，为了使第三电极5与第一电极2各点之间的场强一致，从而保证等离子体射流能够被均匀地激励，可选的，第一电极2和第二电极3均为环状结构且同轴设置，第三电极5沿第一电极2和第二电极3的轴线方向延伸设置，也就是说，第三电极5的延伸会经过所有的第一电极2和第二电极3的圆心。

为了向第一电极2、第二电极3及第三电极5提供稳定的支撑，如图2、3所示，交互式电场的气体放电装置可以包括固定设置并作为单层绝缘介质的第一绝缘管4；第一绝缘管4内部形成气流通道6，第一电极2和第二电极3贴覆于第一绝缘管4的外壁，第三电极5设置在气流通道6中并与第一绝缘管4的内壁之间具有间隙。在上述的实施方式中，第一绝缘管4和第三电极5也是同轴线设置，这样能够保证在周向上，第三电极5与第一绝缘管4的内壁之间的间隙距离一致，从而使第三电极5与环绕设置第一绝缘管4外壁上的第一电极2的各点之间的场强一致。

为了向第一绝缘管4和第三电极5提供稳定的支撑，可选的，交互式电场的气体放电装置包括固定座1，固定座1具有用于安装第一绝缘管4的一端的第一凹槽8以及用于安装第三电极5的一端的第二凹槽9。在本发明的一种实施方式中，第一凹槽8呈与第一绝缘管4的纵截面形状相匹配的环形槽，第二凹槽9呈与第三电极5的纵截面形状相匹配的圆形槽，因此，与第一绝缘管4和第三电极5可以方便、快速地实现与固定座1的安装或拆卸。

应当理解的是，气流可以通过多种路径从外界提供至气流通道6中，例如，可以在第一绝缘管4的管壁上开设通孔，气流可以通过该通孔由外部进入气流通道6中，在本发明的一种实施方式中，为了提高气流的流动效率，减少气流因流动方向的变化而产生的能量损失，可选的，固定座1在第一凹槽8和第二凹槽9之间开设有与气流通道6连通的通气孔7。在这种实施方式中，如图2和3所示，气流通过通气孔7进入气流通道6之后，仍然会沿着之前的运动方向流动，从而提高了流动效率。

另外，还可以在固定座1上设置多个通气孔7，多个通气孔7环绕气流通道6设置。这使得气流通道6中的各个区域的气流流量基本一致，从而使产生的等离子体射流也基本保持一致。

应当理解的是，本发明并不限制第一电极2、第二电极3及第三电极5的材质，只要其相互之间能够产生第一电场、第二电场即可，在本发明的一种实施方式中，为了提高第二电场的场强，可选的，第三电极5为金属粉体电极。

下面对采用双层绝缘介质的交互式电场的气体放电装置的具体结构以及工作原理进行解释说明。

如图6～图10所示，本发明的交互式电场的气体放电装置包括第一电极2、第二电极3、第三电极5、气流通道6以及相互间隔设置的双层的绝缘介质；第一电极2与第二电极3之间形成第一电场，第一电极2与第三电极5之间形成第二电场，双层绝缘介质设置在第二电场中以使第二电场的电场线穿过双层绝缘介质中的每一层；气流通道6配置为：气流通道6内部的气流能够在第一电场的作用下产生等离子体射流，并且等离子体射流沿气流通道6运动经过第二电场，并在第二电场的作用下使气体进一步电离。

在本发明中，气流沿气流通道6流经第一电场时，会在第一电场的作用下产生等离子体射流，等离子体射流继续沿气流通道6运动，当等离子体射流经过第二电场时，会在第二电场的作用下提高电离度及活性，从而提高了气体放电过程中气体电离度及活性。

应当注意的是，由于双层绝缘介质设置在第一电极2与第三电极5之间，因此，第一电极2与第三电极5形成的第二电场的每一个电场线都会依次穿过双层绝缘介质，第二电场诱发的气体放电在双层绝缘介质的作用下能够避免火花击穿，同时满足等离子体射流被再次激励的需求。

为了提高等离子体射流被再次激励的强度，从而进一步提高等离子体电离度及活性，可选的，第一电场垂直于第二电场。需要说明的是，由于两个电极之间的电场的电场线可能呈曲线状态，因此，在本发明中，电场的方向是指一个电极指向另一个电极的直线方向，因而“第一电场垂直于第二电场”指的是：第一电极2指向第二电极3的直线方向垂直于第一电极2指向第三电极5的直线方向。

应当理解的是，第一电极2、第二电极3、第三电极5可以采用多种布置形式，只要其满足第一电场垂直于第二电场即可，在本发明的一种实施方式中，如图7所示，第三电极5可以沿第一方向(图7中的水平方向)延伸设置，第一电极2和第二电极3的数量为多个，第一电极2和第二电极3沿第一方向依次交替且间隔设置(在图7中只示出了一个第二电极3，实际可以在向右延伸的方向上设置多个第二电极3，并且第一电极2与第二电极3交替且间隔设置)。

应当理解的是，第一电极2和第二电极3可以采用多种结构，这并不影响在第一电极2和第二电极3之间形成第一电场，例如，第一电极2和第二电极3可以采用块状结构，第三电极5采用长条结构，第一电极2和第二电极3的布置方向可以与第三电极5的设置方向相平行。在本发明的一种实施方式中，为了节省设备整体的体积，并且提高电极之间产生电场的效率，可选的，如图8所示，第一电极2和第二电极3均为环状结构，第三电极5为沿第一方向延伸设置的柱状结构，第三电极5贯穿环状结构的第一电极2和第二电极3。

当第一电极2和第二电极3均为环状结构时，第一电极2和第二电极3可以不同轴设置，这时只要保证第三电极5能够穿设于全部的第一电极2和第二电极3的环孔中即可。但是，由于第二电场的场强与第三电极5到第一电极2之间的距离有关，为了使第三电极5与第一电极2各点之间的场强一致，从而保证等离子体射流能够被均匀地激励，可选的，第一电极2和第二电极3均为环状结构且同轴设置，第三电极5沿第一电极2和第二电极3的轴线方向延伸设置，也就是说，第三电极5的延伸会经过所有的第一电极2和第二电极3的圆心。

为了向第一电极2、第二电极3及第三电极5提供稳定的支撑，如图7、3所示，交互式电场的气体放电装置可以包括固定设置并作为双层绝缘介质的第一绝缘管4和第二绝缘管10；第一电极2和第二电极3贴覆于第一绝缘管4的外壁上；第二绝缘管10套设在第一绝缘管4中并与第一绝缘管4的内壁之间形成作为气流通道6的间隙，第三电极5穿设在第二绝缘管10内部。在上述的实施方式中，第一绝缘管4和第二绝缘管10也是同轴线设置，这样能够保证在周向上，第二绝缘管10的外壁与第一绝缘管4的内壁之间的间隙距离一致，从而使穿设在第二绝缘管10内部的第三电极5与环绕设置第一绝缘管4外壁上的第一电极2的各点之间的场强一致。

为了向第一绝缘管4和第二绝缘管10提供稳定的支撑，可选的，交互式电场的气体放电装置包括固定座1，固定座1具有用于安装第一绝缘管4的一端的第一凹槽8以及用于安装第二绝缘管10的一端的第二凹槽9。在本发明的一种实施方式中，第一凹槽8呈与第一绝缘管4的纵截面形状相匹配的环形槽，第二凹槽9也呈与第二绝缘管10的纵截面形状相匹配的环形槽，因此，与第一绝缘管4和第二绝缘管10可以方便、快速地实现与固定座1的安装或拆卸。

应当理解的是，气流可以通过多种路径从外界提供至气流通道6中，例如，可以在第一绝缘管4的管壁上开设通孔，气流可以通过该通孔由外部进入气流通道6中，在本发明的一种实施方式中，为了提高气流的流动效率，减少气流因流动方向的变化而产生的能量损失，可选的，固定座1在第一凹槽8和第二凹槽9之间开设有与气流通道6连通的通气孔7。在这种实施方式中，如图7和3所示，气流通过通气孔7进入气流通道6之后，仍然会沿着之前的运动方向流动，从而提高了流动效率。

另外，还可以在固定座1上设置多个通气孔7，多个通气孔7环绕气流通道6设置。这使得气流通道6中的各个区域的气流流量基本一致，从而使产生的等离子体射流也基本保持一致。

应当理解的是，本发明并不限制第一电极2、第二电极3及第三电极5的材质，只要其相互之间能够产生第一电场、第二电场即可，在本发明的一种实施方式中，为了提高第二电场的场强，可选的，第三电极5为金属粉体电极。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种交互式电场的气体放电装置，其特征在于，所述交互式电场的气体放电装置包括第一电极(2)、第二电极(3)、第三电极(5)、气流通道(6)以及绝缘介质；

所述第一电极(2)与所述第二电极(3)之间形成第一电场，所述第一电极(2)与所述第三电极(5)之间形成第二电场，所述绝缘介质设置在所述第二电场中以使所述第二电场的电场线穿过所述绝缘介质；

所述气流通道(6)配置为：所述气流通道(6)内部的气流能够在所述第一电场的作用下产生等离子体射流，并且所述等离子体射流沿所述气流通道(6)运动经过所述第二电场。

2.根据权利要求1所述的交互式电场的气体放电装置，其特征在于，至少一个所述第二电场沿所述气流的流动方向设置在所述等离子体射流的上游并与所述等离子体射流的流动方向相垂直以形成激励电场。

3.根据权利要求2所述的交互式电场的气体放电装置，其特征在于，所述气流通道(6)配置为：所述气流流经所述激励电场的时间不小于所述气流在所述第一电场的作用下产生所述等离子体射流的时间。

4.根据权利要求1所述的交互式电场的气体放电装置，其特征在于，所述第三电极(5)沿第一方向延伸设置，所述第一电极(2)和/或所述第二电极(3)的数量为多个，所述第一电极(2)和所述第二电极(3)沿所述第一方向依次交替且间隔设置；

优选地，所述第一电极(2)和所述第二电极(3)中的至少一者为环状结构，所述第三电极(5)为柱状结构并贯穿所述环状结构的环孔；

优选地，所述第一电极(2)和所述第二电极(3)均为环状结构且同轴设置，所述第三电极(5)沿所述第一电极(2)和所述第二电极(3)的轴线方向延伸设置。

5.根据权利要求1所述的交互式电场的气体放电装置，其特征在于，所述交互式电场的气体放电装置包括单层所述绝缘介质，所述第二电场的电场线穿过单层所述绝缘介质。

6.根据权利要求5所述的交互式电场的气体放电装置，其特征在于，所述交互式电场的气体放电装置包括固定设置并作为所述绝缘介质的第一绝缘管(4)；所述第一绝缘管(4)内部形成所述气流通道(6)，所述第一电极(2)和所述第二电极(3)设置在所述第一绝缘管(4)的外壁上，所述第三电极(5)设置在所述气流通道(6)中并与所述第一绝缘管(4)的内壁之间具有间隙。

7.根据权利要求6所述的交互式电场的气体放电装置，其特征在于，所述交互式电场的气体放电装置包括固定座(1)，所述固定座(1)具有用于安装所述第一绝缘管(4)的第一凹槽(8)以及用于安装所述第三电极(5)的第二凹槽(9)；

优选地，所述固定座(1)在所述第一凹槽(8)和所述第二凹槽(9)之间开设有与所述气流通道(6)连通的通气孔(7)。

8.根据权利要求1所述的交互式电场的气体放电装置，其特征在于，所述交互式电场的气体放电装置包括两层间隔设置的所述绝缘介质，所述第二电场的电场线穿过两层所述绝缘介质。

9.根据权利要求8所述的交互式电场的气体放电装置，其特征在于，所述交互式电场的气体放电装置包括固定设置并作为所述绝缘介质的第一绝缘管(4)和第二绝缘管(10)；所述第一电极(2)和所述第二电极(3)设置在所述第一绝缘管(4)的外壁上；所述第二绝缘管(10)套设在所述第一绝缘管(4)中并与所述第一绝缘管(4)的内壁之间形成作为所述气流通道(6)的间隙，所述第三电极(5)穿设在所述第二绝缘管(10)内部；

优选地，所述交互式电场的气体放电装置包括固定座(1)，所述固定座(1)具有用于安装所述第一绝缘管(4)的一端的第一凹槽(8)以及用于安装所述第二绝缘管(10)的一端的第二凹槽(9)；

优选地，所述固定座(1)在所述第一凹槽(8)和所述第二凹槽(9)之间开设有与所述气流通道(6)连通的通气孔(7)。

10.根据权利要求9所述的交互式电场的气体放电装置，其特征在于，所述通气孔(7)为多个，多个所述通气孔(7)环绕所述气流通道(6)设置。

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