CN115985737A - 一种电离设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电离设备，属于电离领域。包括电离管、第一电极、连接部和第二电极。其中，所述电离管形成封闭的中空容纳空间，在所述容纳空间内充有保护性气体；第一电极设置在所述容纳空间内；连接部一端外露于电离管的外部，适于与电源负极相连接；另一端密封穿过所述电离管，与所述第一电极相连接；第二电极，套装在所述电离管外部与所述第一电极相对应，并与所述电离管之间留有预定间隙，形成电离通道。本发明通过将第一电极与第二电极分别安装不在同一载体上，并通过电离管将第一电极与第二电极隔开，保证第一电极的密闭性，由于阴极不与空气或氧气接触，保证阴极不被氧化，延长发射阴极产品寿命，降低产品使用成本。

Description

一种电离设备

技术领域

本发明属于电离领域，尤其是一种电离设备。

背景技术

阴极发射电子的过程在气体放电中阴极起着重要作用，它提供电子，维持了电流的循环。在金属阴极中，电子可以自由运动，但在阴极表面，由于电子和晶格离子之间静电力的作用形成势垒，使电子不能离开电极表面。为了克服表面势垒的阻碍，把电子移到阴极之外，需要施加逸出功(或称为功函数)

逸出功决定于阴极的材料和表面状态，给电子提供能量，把电子从阴极中释放出来的方式有光电发射、热发射、场致发射、二次电子发射等。

在外加强电场的作用下，阴极中部分电子“穿过”势垒而从表面发射出来。按照量子力学的理论，处于位阱中的电子，即使它的能量不超过势垒的势能，也有一定的概率穿过势垒而跑掉，这就是所谓的“隧道效应”。在强电场的作用下，势垒的形状变窄变低，电子就容易穿过势垒而从表面发射出来。对于一定的金属，其场致发射电流密度可根据波动力学，用福勒-诺得海姆(Fowler-Nordheim)公式进行计算。

但是，现有的阴极放电管的阴极会与空气或氧气接触，阴极氧化而使得阴极中毒，电子大量损失。阴极逸出功低发射电子密度低从而造成电损耗过大。以臭氧发生器为例，发射阴极开始一般臭氧转化效率在12％左右，随着使用时间延长，会导致臭氧转化效率发生下降。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种电离设备，以解决背景技术所涉及的问题。

本发明提供一种电离设备，包括：

电离管，形成封闭的中空容纳空间，在所述容纳空间内充有保护性气体；

第一电极，设置在所述容纳空间内；

连接部，一端外露于电离管的外部，适于与电源相连接；另一端密封穿过所述电离管，与所述第一电极相连接。

第二电极，套装在所述电离管外部与所述第一电极相对应，并与所述电离管之间留有预定间隙，形成电离通道。

优选地或可选地，所述第二电极外部设置有外壳，在所述外壳上设置散热翅片。

优选地或可选地，所述散热翅片为一体成型结构，其截面形状为“Y”形，沿着所述外壳周向均匀分布。

优选地或可选地，所述外壳的底部设置有两个呈预定角度向外张开的支撑板。

优选地或可选地，所述外壳、散热翅片和支撑板均采用铝合金制成。

优选地或可选地，所述电离管的一端安装有固定部，所述固定部与所述连接部相对应。

优选地或可选地，所述固定部上设置有进气口，在所述进气口与所述电离通道相连通，在所述第一电极的另一端设置有出气口，形成气路循环。

优选地或可选地，所述第二电极为不锈钢管。

优选地或可选地，所述第一电极采用导电材料制成螺旋形结构或网状筒形结构。

优选地或可选地，在所述第一电极外表面涂覆有电子发射材料。

本发明涉及一种电离设备，相较于现有技术，具有如下有益效果：

1、由于第一电极始终位于保护性气氛下，不与空气或氧气接触，阴极不氧化，保证阴极不氧化中使用，延长发射阴极产品寿命，降低产品使用成本。

2、将第一电极设计为螺旋形结构或网状筒形结构，提高了第一电极的表面积，进而提高电子发射数量。

3、在第一电极表面涂覆一层电子发射材料，能够产生大量电子，阴极逸出功高，发射电子密度高，大大的提高了电子发射量。

4、通过将第一电极与第二电极分别安装不在同一载体上，并通过绝缘材料将阳极与阴极隔开，保证第一电极的密闭性。

5、通过采用钼片作为密封件，由于与玻璃、石英具有相近的膨胀系数，在高温条件下，具有优异的密封性能。

6、采用为钨杆作为连接部，具有优异的导电性和高温稳定性。

7、通过O型环和平垫，实现所述推板与所述固定部之间的密封，通过多个相互配合的卡槽实现所述第二电极与固定部之间的密封，保证电离通道内气体的单一流向。

8、通过选用合适的高压电流，产生蓝色辉光放电“电晕”，能够进一步提高所述臭氧产生的浓度。

附图说明

图1是现有技术中电离设备的结构示意图。

图2是本发明中电离管的结构示意图。

图3是本发明中电离管的截面示意图一。

图4是本发明中电离管的截面示意图二。

图5是本发明中电离设备的结构示意图。

图6是本发明中电离设备的侧视图。

图7是本发明中电离设备的截面示意图。

图8是本发明中气源连接部的结构示意图。

图9是本发明中密封垫片的安装示意图。

附图标记为：玻璃管A、阳极B、阴极C、开口端D、电离管10、第一电极20、连接部30、第二电极40、电离通道50、气源连接部60、外壳组件70、钨杆31、钼片32、金属管41、出气口42、固定部61、进气口62、密封垫片63、O型环64、平垫65、推块66、螺母67、外壳71、散热翅片72、支撑板73、连接板74、密封垫片的底部63a、第一凹槽41a、第二凹槽63b、第二凸起61a。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

发明概述

现有技术中的电离设备中，阴极C和阳极B位于同一腔体内。具体地，参阅附图1，为现有技术中的阴极C放电管，包括具有两个开口端D的玻璃管A，在玻璃管A内设置有相隔预定间隙的阳极B和阴极C。在使用过程中，将阳极B、阴极C与分别与电源相接，在玻璃管A内形成电离反应，然后通过开口端D内部通入氧气，导出氧气，实现气体循环，氧气分子在电离作用下，形成臭氧。

但是，现有的电离设备中的阴极C会与空气或氧气接触，阴极C氧化而使得阴极C中毒，电子大量损失，阴极C逸出功低发射电子密度低从而造成电损耗过大。以臭氧发生器为例，发射阴极C开始一般臭氧转化效率在12％左右，随着使用时间延长，会导致臭氧转化效率发生下降。

因此，本发明设计了一种电离设备，通过将阴极C与阳极B分别安装不在同一载体上，并通过绝缘材料将阳极B与阴极C隔开，保证阴极C的密闭性，并将阴极C置于保护性气氛下，由于阴极C不与空气或氧气接触，保证阴极C不被氧化，延长发射阴极C产品寿命，降低产品使用成本。同时，本发明中的阴极放电管可根据使用需要同时产生光、等离子、电晕、电离子、电弧，提高产品的使用场景和使用效果。

下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例

本实施例提供一种电离设备，所述电离设备可用于形成臭氧。参阅附图1至5，所述电离设备包括：电离管10、第一电极20、连接部30、第二电极40、电离通道50、气源连接部60、外壳组件70、钨杆31、钼片32、金属管41、出气口42、固定部61、进气口62、密封垫片63、O型环64、平垫65、推块66、螺母67、外壳71、散热翅片72、支撑板73、连接板74、密封垫片的底部63a、第一凹槽41a、第二凹槽63b、第二凸起61a。

其中，所述电离管10为石英管，所述石英管具有细长的圆柱形，两端均为封闭端，形成一个容纳形成封闭的中空容纳空间，在所述容纳空间内充有发射性气体和/或保护性气体，所述保护性气体可以为氮气、氦气、氖气、氩气，用于形成电子束，另外，对于本领域技术人员而言，可根据使用要求充入多种物质的混合气体及循环物质，在此不做进一步赘述。对于本领域技术人员而言，所述本体部并不限于石英管，还可以为陶瓷管、玻璃管等绝缘材料制成电离管10。在一个实施例中，所述石英管的长度为177mm，直径为12.1mm，对于本领域技术人员而言，所述玻璃管的尺寸与所述电子输出量有关，该尺寸属于并非限定性。

所述第一电极20设置在石英管内部，与管壁之间均留有预定间隙。所述第一电极20的长度随着石英管的长度而确定，一般适合于石英管长度的1/2～3/4，远离于钼片32密封端。第一电极20的形状可以为条状或者是丝状，优选地，为了提高电离设备的放电能力，在将所述第一电极20设计为采用导电丝形成的螺旋形结构或网状筒形结构。能够大大的提高第一电极20的面积，进而提高电子输出能力。所述导电丝包括但不限于采用铁、钴、钨、钼、镍、金、银、铜、碳或其合金材料制成。

所述连接部30一端外露于本体部外部，适于与电源负极相连接；另一端密封穿过所述本体部，与所述第一电极20相连接。所述连接部30用于与外界电源相连通，由于放电是会大量放热，因所述连接不仅需要具有优异的导电性，而且需要一定的高温稳定性，优选地，所述连接部30为钨杆31。为了进一步提高第一电极20的放电能力，所述连接部30设置有两个，分别位于所述第一电极20的两侧，将多个电源负极与所述第一电极20相并联，提高第一电极20的电子密度和电子输出能力。

所述第二电极40为金属管41，优选地所述金属管41为不锈钢管，将金属管41套装在所述电离管10外部。所述金属管41的长度与第一电极20长度的相适应，与所述第一电极20在位置上相对齐，并与所述电离管10之间留有预定间隙，形成电离通道50。所述电离通道50作为反应场所，用于气体杀菌、形成臭氧、去除有毒气体。另外，在所述金属管41的，远离连接部30的一端设置有出气口42。

在所述第二电极40外部设置有外壳71组件70，由于电离过程会产生大量的热量，所述外壳71组件70包括外壳71，在所述外壳71上设置散热翅片72。所述散热翅片72为一体成型结构，其截面形状为“Y”形，沿着所述外壳71周向均匀分布。如此设置，能够在单位体积内获得更大的散热面积，提高对流散热的效率。另外，所述外壳71的底部设置有两个呈预定角度向外张开的支撑板73。所述支撑板73不仅能够起到固定支撑整个电离设备的作用，通过液能够充当散热翅片72，对电离设备的外壳71进行散热。在本实施例中，所述外壳71、散热翅片72和支撑板73均采用铝合金制成。具有优良的导热性能和耐腐蚀性能，能够保证电离设备的长期稳定的使用。

为了方便安装，在本实施例中，所述外壳71组件70设置为两个半部，通过与外壳71一体成型的连接板74连接在一起。具体地，所述连接板74设置在所述外壳71部的两侧，通过螺栓将两个连接板74连接，形成一个整体，通过所述连接板74也能够起到散热的效果。

所述气源连接部60设置在所述电离管10的一端，所述气源连接部60与所述连接部30相对应。具体地，所述气源连接部60包括：套装在所述电离管10上、与所述钨杆31相对应的固定部61，设置在所述固定部61与所述第二电极40之间的密封垫片63，设置在所述固定部61另一侧的推块66，设置在所述推块66与所述固定部61之间、用于密封的O型环64和平垫65，与所述推块66相抵的螺母67，以及设置在所述固定部61上的进气口62。

其中，在所述密封垫片63中设置有多个与所述第一电极20或固定部61相嵌合的卡槽，形成多个密封腔室，提高了密封性能。例如，密封垫片的底部63a恰好位于所述第一电极20的第一凹槽41a内，形成密封腔室；所述密封垫片63的侧面设置有第二凹槽63b，所述第二凹槽63b恰好与所述固定部61的第二凸起61a相嵌合，形成密封腔室。另外，所述O型环64位于平垫65的两侧，通过调节螺纹的位置，进而调整所述推板的位置，挤压O型环64和平垫65，实现所述推板与所述固定部61之间的密封。

需要说明的是，所述固定部61、密封垫片63与所述电离管10之间留有预定间隙，与所述电离通道50相连通，然后经过位于金属管41的出气口42排除，形成气路循环。通过O型环64和平垫65，实现所述推板与所述固定部61之间的密封，通过多个相互配合的卡槽实现所述第二电极40与固定部61之间的密封，保证电离通道50内气体的单一流向。

在进一步实施例中，在所述第一电极20外表面涂覆有电子发射材料。现有技术中，也存在一些低压放电设备中有涂覆电子发射材料的例子，但是在高压的放电设备中，一般不会涂覆电子发射材料的，由于电子发射材料在高温高压条件下，容易与空气、氧气发生反应，引起电子粉“中毒”，电子大量损失，不仅不能提高电子发射密度，而且随着时间的推移，放电效率快速下降。以臭氧发生器为例，发射阴极开始一般臭氧转化效率在12％左右，随着使用时间会快速下降臭氧转化效率。在本实施例中，由于第一电极20与外界环境相隔绝，且始终处于保护气氛下，不会出现电子粉“中毒”现象，能够有效的提高放电效率，增加阴极使用寿命。以臭氧发生器为例，在所述第一电极20外表面涂覆有碳酸锶为主的电子发射材料，其臭氧转化率可从现有技术中的8％提高至30％。当然对于本领域技术人员而言，所述电子发射材料还可为碳酸钡、碳酸钙等。

为了方便理解电离设备的技术方案，对其工作原理做出简要说明：以臭氧发生器为例，氧气或空气通过进气口62单向进入电离通道50，同时，将所述第二电极40与所述第一电极20分别与电源两个输出端相连接，在所述第一电极20和第二电极40之间形成电势差，在外加强电场的作用下，第一电极20中部分电子“穿过”势垒而从表面发射出来，电子或负离子穿过电离管10，进入电离通道50，与气体原子相互碰撞，如果撞击的能量大于气体原子核与电子间的引力时，则发生气体电离；或者在高温下，气体原子的运动速度加快，原子间相互碰撞，也会引起气体电离，形成臭氧，最后通过出气口42排出。

其中，臭氧的产量、浓度随所加的电源电压，电流等变化。优选地，当电源为交流电时，交流电电压达到10-15KV时，产生蓝色辉光放电“电晕”，电晕中的自由高能离子离解O₂分子，经碰撞聚合为O₃分子，能够进一步提高所述臭氧产生的浓度。

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，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种电离设备，其特征在于，包括：

电离管，形成封闭的中空容纳空间，在所述容纳空间内充有保护性气体；

第一电极，设置在所述容纳空间内；

连接部，一端外露于电离管的外部，适于与电源相连接；另一端密封穿过所述电离管，与所述第一电极相连接；

第二电极，套装在所述电离管外部与所述第一电极相对应，并与所述电离管之间留有预定间隙，形成电离通道。

2.根据权利要求1所述的电离设备，其特征在于，所述第二电极外部设置有外壳，在所述外壳上设置散热翅片。

3.根据权利要求2所述的电离设备，其特征在于，所述散热翅片为一体成型结构，其截面形状为“Y”形，沿着所述外壳周向均匀分布。

4.根据权利要求2所述的电离设备，其特征在于，所述外壳的底部设置有两个呈预定角度向外张开的支撑板。

5.根据权利要求4所述的电离设备，其特征在于，所述外壳、散热翅片和支撑板均采用铝合金制成。

6.根据权利要求1所述的电离设备，其特征在于，所述电离管的一端安装有固定部，所述固定部与所述连接部相对应。

7.根据权利要求6所述的电离设备，其特征在于，所述固定部上设置有进气口，在所述进气口与所述电离通道相连通，在所述第一电极的另一端设置有出气口，形成气路循环。

8.根据权利要求1或7所述的电离设备，其特征在于，所述第二电极为不锈钢管。

9.根据权利要求1所述的电离设备，其特征在于，所述第一电极采用导电材料制成螺旋形结构或网状筒形结构。

10.根据权利要求1或10所述的阴极放电管，其特征在于，在所述第一电极外表面涂覆有电子发射材料。

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