CN116170931A - 一种基于dbd的增强放电功率的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DBD的增强放电功率的设备和方法，主要包括激励源、热风枪、气体输入端口、介质、内电极和外电极等。介质为绝缘介质管，所述气体输入端口用于供给工作气体，其特征在于，所述气体输入端口位于介质管侧面，气体输出端口位于介质管下端，内电极为管状，通过导线接地，外电极为环状，完全包裹在介质上，作为高压极。内电极通过耐高温硅胶固定在介质管的中央，和其内壁之间留出一定的放电间隙。通过热风枪输送热风给内电极加热来提高电极的温度，在其它条件不变的情况下，可以有效地降低击穿电压，较大地增强介质阻挡放电的放电功率，使放电通道增多，放电变得更加强烈。

Description

一种基于DBD的增强放电功率的设备和方法

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，特别涉及基于介质阻挡放电 (DielectricBarrier Discharge，DBD)技术的等离子体发生器，具体而言，涉及同轴式DBD等离子体发生器。

背景技术

介质阻挡放电(DBD)指的是将绝缘介质插入放电空间中，通过施加足够的交流电压而产生等离子体的一种非平衡态气体放电。在DBD的放电区域内，会产生大量的活性物质，例如高能电子、自由基、离子和激发态分子等，使其在环境除臭、工业三废净化、材料表面处理与改性、臭氧产生等应用方面，实现更高的效率。另外，在大气压下产生等离子体，省去了真空腔体装置，降低了设备的成本，在工业领域有广阔的应用前景。

在现有的DBD系统中，当电压较小时，放电功率较小，功率较低，在应用中往往达不到客户要求。因此，急需一种能在较低电压的情况下产生较大放电功率的DBD的设备和方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于DBD的增强放电功率的设备和方法，来解决在较低的电压下DBD的放电击穿和功率较小的问题，以此来增强DBD的放电强度。

为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个实施例，提供了一种同轴式DBD等离子体发生器，主要包括带有气体输入端口的石英介质管、铜管和铜环，石英介质管侧面的气体输入端口用于供给工作气体，气体流入到石英介质管和铜管之间的放电空间之内，产生的等离子体随气体从石英介质管下端流出。

进一步地，所述介质管采用石英介质管，也可采用陶瓷介质管，介质管固定于内电极和外电极之间，且外电极恰好能包裹住介质管。

进一步地，所述铜管和铜环也可换为不锈钢、铝等导电材料。

进一步地，所述内电极可以通过改变其直径来改变其到介质管内壁之间的距离。

进一步地，所述热风枪可以替换为电热丝等加热装置。

进一步地，所述同轴式DBD等离子体发生器可替换为针板型DBD等离子体发生器。

有益效果

当使用热风枪给铜管加热时，随着铜管温度的升高，放电空间内的气体体积变大，放电粒子的平均自由程增加，则粒子获得的能量增强，由此则（1）可有效地降低DBD等离子体发生器的击穿电压；（2）在不改变电压和频率的情况下，通过提高电极温度来增强同轴式DBD等离子体发生器的放电功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明新型的一种实施例，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为本发明实施例的实验过程示意图；

图2为本发明实施例所述的同轴式DBD等离子体发生器结构的剖视图；

图3为本发明实施例所述的同轴式DBD等离子体发生器的俯视图；

图4为本发明实施例所述的同轴式DBD等离子体发生器在电极温度改变时击穿电压的变化图；

图5为本发明实施例所述的同轴式DBD等离子体发生器在电极温度改变时Lissajous图的变化图。

图中：1-热风枪控制台；2-热风枪出风口；3-铜管；4-耐高温硅胶；5-石英介质管；6-铜环；7-气体输入端口；8-非接触式红外温度仪扫描口；9-温度控制台；10-激励源；11-电容；12-电流探头；13-高压探头；14-低压探头；15-数字示波器。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明专利的一种实施例，而不是全部的实施例。基于本发明专利中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本发明专利保护的范围之内。

实施例

如图1所示，本例所需的器件与设备，包括热风枪1，2、非接触式红外温度仪8，9、铜管3、石英介质管5、铜环6、激励源10、高压探头13、低压探头14、电流探头12、数字示波器15等。

本例中，激励源10采用高压交流电源，其高压端通过导线与铜环6相连，铜管3通过导线连接激励源的接地端，铜管3和铜环6之间有石英介质管5，铜环6恰好能完全包裹住石英介质管5。

图1中气体输入端口7通过管道与气源相连，为同轴式DBD等离子体发生器供给工作气体。

在激励源10的作用下，铜管3和铜环6之间可以建立一定的工作电压。

本例中石英介质管5位于铜管3和铜环6之间，能够有效地限制放电电流的无限增长，避免在高气压下形成电弧放电或火花放电，起到了限流作用，提高了放电稳定性和运行效率。

图2为同轴式DBD等离子体发生器的前视图，图3为俯视图。a为铜管的内直径，通过耐高温硅胶4固定在石英介质管5的中央，通过改变铜管的内直径a可以改变放电间隙d，b为气体输入端口的直径大小，c为气体输入端口到铜环的距离。一般要求c>2b，这样可以减小由于气体输入不均匀对放电产生的影响，e为铜环宽度。本例中，数字示波器15的三个通道分别连接电流探头12、高压探头13和低压探头14。电流探头12用来测量回路中的电流，高压探头13用来测量激励源10的外加电压，低压探头14用来测量电容11上的电压，获得输运电荷，三个通道采集到的电信号会显示到数字示波器15上。将高压探头13和低压探头14采集到的电信号经处理后分别作为输出的x轴和y轴，则可以得到Lissajous图。通过比较Lissajous图的面积大小，可以计算得出相应的放电功率。

针对实施例，图4展示了当放电间隙d=1.5 mm、气体输入端口7的直径b=1 cm、铜环宽度e=1 cm，通入干燥的空气时，通过改变铜管电极的温度，同轴式DBD等离子体发生器击穿电压的变化规律。发现随着电极温度的不断升高，同轴式DBD等离子体发生器的击穿电压会不断降低。

针对实施例，图5展示了当放电间隙d=1.5 mm、气体输入端口7的直径b=1 cm、铜环宽度e=1 cm，通入干燥的空气时，通过改变铜管电极的温度，Lissajous图的变化规律。发现在有效地提高电极温度后，Lissajous图的面积不断变大，相应的同轴式DBD等离子体发生器的放电功率也不断增大。

本发明实施例的同轴式DBD等离子体发生器，通过改变铜管的温度，降低了击穿电压，增强了放电功率，系统效率和稳定性都得到了提高。进一步地采用调节铜管和铜环的温度的方法，可以非常方便地适应各种不同的工作环境，极大地提高了系统的适用范围。

其余结构与有益效果与本实施例基本相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明新型的较佳实施例而已，并非用于限定本发明新型的保护范围。凡在本发明新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于DBD的增强放电功率的设备和方法，包括气体输入端口、绝缘介质管、内电极、外电极、非接触式红外测温仪、热风枪、激励源等。其特征在于，热风枪通过温度控制台调节温度给内电极加热，非接触式红外测温仪通过红外感应采集内电极的温度，所述工作气体通过气体输入端口供给到介质管和内电极之间。

2.如权利要求1所述的内外电极，其特征在于：可以为铜材料，也可为不锈钢材料或者铝材料等。

3.如权利要求1所述的绝缘介质管，其特征在于：所述绝缘介质管可以采用石英介质管，也可以采用陶瓷介质管等。

4.如权利要求1所述的非接触式红外测温仪，其特征在于：测温仪扫描口要和内电极要保持垂直，扫描口要和到内电极的距离保持一定的比值。

5.如权利要求1所述的热风枪，其特征在于：热风枪出风口要以正下方的方向向内电极输送热风，使电极受热均匀。

6.如权利要求1所述介质管位于内电极和外电极之间，内电极通过耐高温硅胶固定于介质管中央，到介质管内壁的距离相同，外电极恰好能完全包裹住介质管。

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