CN114126181A

CN114126181A - 一种介质阻挡放电等离子体发生器

Info

Publication number: CN114126181A
Application number: CN202111509907.7A
Authority: CN
Inventors: 倪国华; 李天成; 隋书宝; 孙斌
Original assignee: Qingdao Huayun Air Technology Co ltd
Current assignee: Qingdao Huayun Air Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2022-03-01

Abstract

本发明公开了一种介质阻挡放电等离子体发生器，属于等离子发生器技术领域，绝缘管内形成的金属涂层是通过引入大气压E模式放电，在绝缘管内壁直接制备的金属涂层作为介质阻挡放电等离子体发生器的电极组件，通过调节制备的时间以及金属丝和线圈的移动速度，可以实现高精度的金属涂层膜层厚度，由于绝缘管的内部采用的是原位制备的金属涂层，相比较其他技术而言，涂层与绝缘管内壁结合的更紧密、更均匀，从而解决了金属涂层与绝缘管内壁间存在间隙，或与绝缘管内壁结合力差、易脱落的问题；由于金属涂层与绝缘管之间贴合的更紧密和可靠，本发明提供的介质阻挡放电等离子体发生器在输入相同能量的条件下，产生的等离子体密度、活性粒子浓度更高。

Description

一种介质阻挡放电等离子体发生器

技术领域

本发明涉及等离子发生器技术领域，尤其涉及一种介质阻挡放电等离子体发生器。

背景技术

自然界中微生物无处不在，其中包括细菌、有害微生物等对人体有害的病原体，因此，需要提供一种杀菌方法及杀菌装置来消除对人体有害的病原体。目前传统的杀菌或杀毒方式主要包括：(1)高温消毒，主要是采用沸水、高温柜等方式进行高温杀菌，但是在使用高温消毒时需要耗费较长的时间，且高温消毒的方式对耐热菌基本无效；(2)臭氧杀菌，主要是利用臭氧实现杀菌，但是在从采用臭氧杀菌方式进行杀菌时，高浓度的臭氧会对人体产生危害，因此在利用臭氧杀菌方式进行杀菌时，需要将处理区域与人做时间或空间上的隔离；(3)紫外线杀菌，主要利用紫外线进行杀菌，在利用紫外线杀菌方式进行杀菌时，长期暴露于紫外线环境中会对人体产生危害，需要将处理区域与人做时间或空间上的隔离；(4)化学消毒，采用化学消毒时普遍存在消毒剂残留的问题，会导致环境污染、人员中毒等情况的发生；(5)高强度气体放电杀菌，主要利用千伏甚至万伏高电压击穿电离区域的空气来杀灭一定范围内的有害微生物，该方法存在高电压暴露、实现成本高、臭氧副产物等弊端。

日本专利JP2004-311071A公开了将插入管状绝缘体中的棒状导电体作为放电电极，在管状绝缘体端口处利用粘接剂密封电极与管状绝缘体之间在端口处的间隙，防止外部空气进入。当对成对的电极施加高压时，在电极的管状绝缘体的表面间产生介质阻挡放电等离子体，通过上述的介质阻挡放电等离子体，可用于空气的消毒、净化。然而，由于需要将放电电极插入管状绝缘体中，因此管状绝缘体的内径肯定比棒状导电体的外径大，在管状绝缘体的内表面与棒状导电体的表面之间必然形成间隙，从而出现管状绝缘体内电极表面放电，导致电极表面被氧化腐蚀，同时导致管状绝缘体的表面间的等离子体放电减弱，能量利用效率低，且不能长时间连续稳定运行。

中国专利CN101627514B公开了采用两个管状绝缘体作为介质，管状绝缘体内表面填充导电膏作为电极，通过引出导线连接电源的高压，由于导电膏可以粘附在管状绝缘体内表面上，从而解决了日本专利JP2004-311071A存在的问题。但由于导电膏与管状绝缘体内表面的粘接主要是依赖导电膏中胶粘剂的作用，存在着由于材料性能的不同导致的粘接性不好，在实际的运行过程中，粘附在管状绝缘体内的导电膏易发生脱落现象，影响实际的应用效果。

综上所述，已有技术的等离子体发生器，其管内金属电极与管状绝缘体石英或陶瓷之间总有装配的间隙，极易在金属电极表面放电，在管内产生等离子体，而这种等离子体在实际应用中是无用的，并且由于管内残留的空气还容易导致金属表面的氧化，造成电极的腐蚀，并进一步使得介质间的等离子体放电效果变差，导致使用性能下降，严重的还会使得局部丝状放电增加，烧损石英或陶瓷介质，导致设备故障。采用内附涂层的导电电极，例如直接涂覆导电膏，由于导电膏中的粘合剂以及后续工艺中烘烤的问题（如在烘烤过程中产生气泡，导致导电膏涂层脱落），存在着粘接性不好，在实际的运行过程中，导电膏涂层易发生脱落现象。

发明内容

本发明提供一种介质阻挡放电等离子体发生器，旨在解决现有管状介质阻挡放电等离子体发生器的介质管内金属电极与介质管接触不紧密、或者是金属涂层易脱落，导致介质与介质之间的等离子体放电减弱、能量利用效率低、放电装置长时间连续运行稳定性差等问题。

本发明提供的具体技术方案如下：

本发明提供的一种介质阻挡放电等离子体发生器包括相对设置的上支架和下支架、位于所述上支架和所述下支架之间的第一电极组件和第二电极组件、与所述第一电极组件连接的上端子、与所述第二电极组件连接的下端子，其中，所述上端子贯穿所述上支架，所述下端子贯穿所述下支架，所述第一电极组件和所述第二电极组件均包括绝缘管和形成在所述绝缘管内壁上的金属涂层，其中，所述金属涂层采用如下制备方法附着在所述绝缘管的内壁上：

步骤一：将采用去离子水清洗和干燥之后的绝缘管放置在等离子体处理设备中，并针对绝缘管的表面进行清洗；

步骤二：将直径为0.3mm~1mm的金属丝沿着绝缘管的中轴线深入绝缘管的内部，其中，金属丝的下端放置在绝缘管内壁需要制备涂层的起始处，金属丝的上端位于绝缘管的外部并且金属丝的上端连接射频电源的接地线；

步骤三：在绝缘管的外侧包覆设置感应线圈，感应线圈的上端与金属丝的下端齐平，感应线圈的上端和下端分别接射频电源的地端和输出端；

步骤四：向绝缘管内通入氩气和氢气的混合气体，接通射频电源后，金属丝下端的端点处呈现E模式放电，金属丝溅射出金属并附着在绝缘管内壁上，形成致密且结合牢固的金属涂层；

步骤五：在金属丝溅射过程中同步匀速向上移动金属丝和感应线圈，控制在绝缘管内壁形成的金属涂层的均匀性和厚度，直至完成后，关断射频电源和气源。

可选的，所述绝缘管的一端封闭，另一端设置有金属端子，其中，所述上端子和所述下端子均为金属端子，所述金属端子与所述金属涂层电连接。

可选的，所述第一电极组件和所述第二电极组件之间的间隙是0.1mm~5mm。

可选的，氩气和氢气的混合气体中氢气含量为0.8‰-3.2‰，混合气体的气体流量为2500 sccm~7500sccm。

可选的，所述金属涂层的厚度为1μm~200μm，所述绝缘管的材质为石英或陶瓷。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种介质阻挡放电等离子体发生器采用的电极组件的绝缘管内形成的金属涂层是通过引入大气压E模式放电，在绝缘管内壁直接制备的金属涂层作为介质阻挡放电等离子体发生器的电极组件，通过调节制备的时间以及金属丝和线圈的移动速度，可以实现高精度的金属涂层膜层厚度，由于绝缘管的内部采用的是原位制备的金属涂层，相比较其他技术而言，涂层与绝缘管内壁结合的更紧密、更均匀，从而解决了金属涂层与绝缘管内壁间存在间隙，或与绝缘管内壁结合力差、易脱落的问题；由于金属涂层与绝缘管之间贴合的更紧密和可靠，本发明提供的介质阻挡放电等离子体发生器在输入相同能量的条件下，产生的等离子体密度、活性粒子浓度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例的一种介质阻挡放电等离子体发生器的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种绝缘管内壁制备金属涂层的过程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面将结合图1~图2对本发明实施例的一种介质阻挡放电等离子体发生器进行详细的说明。

参考图1、图2所示，本发明实施例提供的一种介质阻挡放电等离子体发生器包括相对设置的上支架1和下支架2、位于上支架1和下支架2之间的第一电极组件3和第二电极组件4、与第一电极组件3连接的上端子5、与第二电极组件4连接的下端子6，其中，上端子5贯穿上支架1，下端子6贯穿下支架2，第一电极组件3和第二电极组件4的结构完全相同，第一电极组件3和第二电极组件4均包括绝缘管7和形成在绝缘管7内壁上的金属涂层8，其中，金属涂层8采用原位制备方法附着在绝缘管7的内壁上，在绝缘管7的内壁上原位制备金属涂层8的方法如下：

步骤一：将采用去离子水清洗和干燥之后的绝缘管放置在等离子体处理设备中，并针对绝缘管的表面进行清洗。

具体的，绝缘管7经过去离子水清洗后、干燥后，放置于真空空气等离子体处理设备中进行表面清洗，去离子水清洗可以使绝缘管内壁清洁，减少诸如细小颗粒物、油脂的污染，提高金属涂层的粘附性；由于真空等离子体中电子的自由程大，等离子体很容易扩散到绝缘管内，尤其是细小的绝缘管，采用真空空气等离子体处理，可以在绝缘管内壁接枝含氧官能团，提高表面亲水性，有助于提高金属涂层的粘附性；此外，在真空中处理，可以将绝缘管附着的有机物和水雾杂质，在等离子体作用下转化为气相状态物，通过真空泵抽走。

步骤二：将直径为0.3mm~1mm的金属丝沿着绝缘管的中轴线深入绝缘管的内部，其中，金属丝的下端放置在绝缘管内壁需要制备涂层的起始处，金属丝的上端位于绝缘管的外部并且金属丝的上端连接射频电源的接地线。

参考图2所示，将直径0.3~1mm的金属丝9沿着绝缘管7的中轴线伸入绝缘管7内，金属丝9的下端放置在制备涂层的起始端，金属丝9的上端处于绝缘管7外并与射频电源10的地连接。金属丝的直径与电源电压和绝缘管内径相关，首先需要确保金属丝的与绝缘管内壁之间有一定的间隙，保证正常的工作。其次，也是更重要的是，用直径细的金属丝，可以在金属丝的端部形成较强的静电场，更容易产生尖端放电，即在线圈静电场作用下，金属丝尖端的发生容性耦合放电。

步骤三：在绝缘管的外侧包覆设置感应线圈11，感应线圈11的上端与金属丝的下端齐平，感应线圈的上端和下端分别接射频电源的地端和输出端。

步骤四：向绝缘管内通入氩气和氢气的混合气体，接通射频电源后，金属丝下端的端点处呈现E模式放电，金属丝溅射出金属并附着在绝缘管内壁上，形成致密且结合牢固的金属涂层。

具体的，向绝缘管7内通入氩气和氢气的混合气体，接通射频电源10，此时金属丝9的下端的端点处呈现E模式放电（线圈静电场作用下的容性耦合放电），溅射出金属并附着在绝缘管内表面上，在绝缘管内壁形成致密且结合牢固的金属涂层。绝缘管一般采用陶瓷或石英管（不导电），在线圈与金属丝（导电）之间形成绝缘介质。

参考图1所示，将已制备好金属涂层的绝缘管一端封闭，另一端采用锡焊连接金属涂层与金属端子后，通过金属端子引出，金属端子与绝缘管间的间隙做封闭处理。也即本发明实施例的介质阻挡放电等离子体发生器采用的绝缘管7一端封闭，另一端设置有金属端子，其中，上端子5和下端子6均为金属端子，金属端子与金属涂层电连接。

参考图1所示，第一电极组件3和第二电极组件4成对并行设置，第一电极组件3和第二电极组件4之间的间隙是0.1mm~5mm。该间隙的大小与施加这对电极间的电压以及与产生等离子体的均匀性有关，一般而言，施加的电压峰峰值在30kV以下，0.1mm~5mm的间隙能够确保放电产生介质阻挡放电等离子体，间隙过大，容易产生流注放电，等离子体不均匀，不利于活性粒子的产生。

本发明实施例的氩气和氢气的混合气体中氢气含量为0.8‰-3.2‰，混合气体的气体流量为2500 sccm~7500sccm。氩气和氢气的混合气体是等离子体工作气体，选用惰性气体，首先是为了降低放电电压，更容易放电产生等离子体，其次是不用非反应性气体（如氧气、氮气），避免产生反应物，影响涂层的纯度。使用氢气是为了提供一个还原性气氛，减少运行环境中氧的影响，提供涂层金属的纯度。氢气含量对放电影响非常显著，适当添加少量的氢气，既可以达到还原性气氛的目的，还不影响原有的放电状态。

本发明实施例的金属涂层的厚度为1μm~200μm，绝缘管的材质为石英或陶瓷。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种介质阻挡放电等离子体发生器，其特征在于，所述介质阻挡放电等离子体发生器包括相对设置的上支架和下支架、位于所述上支架和所述下支架之间的第一电极组件和第二电极组件、与所述第一电极组件连接的上端子、与所述第二电极组件连接的下端子，其中，所述上端子贯穿所述上支架，所述下端子贯穿所述下支架，所述第一电极组件和所述第二电极组件均包括绝缘管和形成在所述绝缘管内壁上的金属涂层，其中，所述金属涂层采用如下制备方法附着在所述绝缘管的内壁上：

2.根据权利要求要求1所述的介质阻挡放电等离子体发生器，其特征在于，所述绝缘管的一端封闭，另一端设置有金属端子，其中，所述上端子和所述下端子均为金属端子，所述金属端子与所述金属涂层电连接。

3.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体发生器，其特征在于，所述第一电极组件和所述第二电极组件之间的间隙是0.1mm~5mm。

4.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体发生器，其特征在于，氩气和氢气的混合气体中氢气含量为0.8‰-3.2‰，混合气体的气体流量为2500 sccm~7500sccm。

5.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体发生器，其特征在于，所述金属涂层的厚度为1μm~200μm，所述绝缘管的材质为石英或陶瓷。