CN201742637U

CN201742637U - 大气压介质阻挡空气冷等离子体射流装置

Info

Publication number: CN201742637U
Application number: CN201020186831XU
Authority: CN
Inventors: 陈龙威; 孟月东
Original assignee: Institute of Plasma Physics of CAS
Current assignee: Institute of Plasma Physics of CAS
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2020-04-30

Abstract

本实用新型公开了一种大气压介质阻挡空气冷等离子体射流装置，包括有筒形外壳，有两个电极伸入至筒形外壳内，其中一个电极通过导线与外部电源连接，另一个电极通过导线接地，有石英玻璃板插入两电极之间。本实用新型能在大气压下稳定工作，并保持等离子体温度为室温或略高于室温，利于降低成本，可以方便产生富含高活性粒子射流冷等离子体。

Description

大气压介质阻挡空气冷等离子体射流装置

技术领域

本实用新型涉及等离子体的射流装置领域，具体为大气压介质阻挡空气冷等离子体射流装置。

背景技术

大气压条件下产生的等离子体具有很多优点，其一是无需真空腔，因此大大减少真空设备的制造和维护费用；其二可放宽对被处理工件的集合尺寸，减少其应用范围的限制。因此大气压条件等离子体日益得到国内外研究学者的关注。按照大气压产生等离子体的温度，可将其大致分为两种，其一是热等离子体，其特征是气体温度往往很高(数个电子伏特量级)，其二是非平衡冷等离子体，其特征是气体温度很低(接近或略高于室温)，但其电子温度很高，具有很高的化学活性。前者产生方式基本为电弧放电，主要用于等离子体喷涂、有机物裂解、切割、焊接、废物处理、材料表面加工等领域，但其此类热等离子体温度一般很高，不能对热敏感材料进行处理。对于热敏感材料的处理，一般采用冷等离子体，其产生的方式主要有电晕放电、介质阻挡放电，据报道，大气流电弧等离子体也可达到温度在100度以下。大气压冷等离子体温度较低，而其气体成分很丰富，具有高活性激发态粒子、原子及带电粒子等，被广泛应用在材料表面改性、灭菌、微生物处理等众多领域。按大气压等离子体激励电源不同，可以分为直流、交流、射频、微波等离子体等。大气压辉光放电冷等离子体技术无需昂贵、复杂的真空系统限制，在众多领域都将有着非常广阔的应用前景，例如微电子工业、核工业(核废料处理)、生物医学领域、军事领域(等离子体天线，隐形)甚至在保障国家安全等诸多领域，另外在等离子体刻蚀、辅助化学气相沉积、清除生化有机物、材料表面改性、放射性核废料处理或清洗放射性沾染的表面、热电厂和化工厂的脱硫、脱销、汽车尾气处理、医疗器械的消毒灭菌、食品保鲜、皮肤处理等也均有广泛应用的前景。

现在大部分的冷等离子体产生方式均无可避免的使用惰性气体(如氦气、氩气等)等作为工作气体，对于大气压环境下的放电，用气量非常巨大。从经济性考虑，使用空气作为工作气体将大大减少用气的费用，同时可以提供同样丰富的高化学活性粒子、激发态分子、原子、带电粒子等。近年来，空气等离子表面处理技术以其特有的优势而在欧洲的汽车制造业中盛行起来。由于该技术能够实现“在线”处理，减少了工艺步骤，避免了半成品的周转，从而最大程度地降低了成本，提高了良品率。利用空气等离子表面处理技术对制品进行表面处理，其主要作用是表面的“精细”清洗和“高效”活化。空气等离子表面处理技术有其明显的工艺优势，具体而言主要包括：(1)宏观电中性，可以处理各种材料制品，包括金属或者带有电子元件的产品；(2)温度低，适合应用于那些表面材料对温度敏感的制品；(3)结构简单，可直接安装在生产线；(4)运行成本低，无需稀有气体，操作安全。

然而空气等离子体射流处理技术也有其局限性：(1)对于非常复杂的、带有内凹形孔穴的表面处理效果不理想；(2)射流长度短，标准的空气等离子射流直径不到1cm；(3)出口温度高达数百度。因此极不利于工业化应用，解决途径之一就是降低冷等离子体温度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种大气压介质阻挡空气冷等离子体射流装置，以解决传统的空气等离子体射流中出口处的等离子体温度过高的问题。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

大气压介质阻挡空气冷等离子体射流装置，包括有筒形外壳，所述筒形外壳一端筒口为进气口，另一端筒口为出气口，有两个电极分别穿过筒形外壳的壳壁伸入至筒形外壳内，两个电极的前端相对，其中一个电极通过导线与外部电源连接，另一个电极通过导线接地，其特征在于：还包括有石英玻璃板，所述石英玻璃板插入两电极之间，并与所述与外部电源连接的电极前端紧密接触。

大气压介质阻挡空气冷等离子体射流装置，其特征在于：大气压介质阻挡空气冷等离子体射流装置，包括有筒形外壳，所述筒形外壳一端筒口为进气口，另一端筒口为出气口，有两个电极分别穿过筒形外壳的壳壁伸入至筒形外壳内，两个电极的前端相对，其中一个电极通过导线与外部电源连接，另一个电极通过导线接地，其特征在于：包括有石英玻璃管，所述石英玻璃管套在所述与外部电源连接的电极外。

本实用新型中，外部电源为交流高压电源。筒形外壳的材料采用聚四氟乙烯，具有束流作用及固定电极的作用。两个电极均为铜棒。石英介质板可有效防止等离子体向电弧放电转化，有效降低放电电流，降低等离子体射流运行功率；无石英介质板时，可以在有源电极外套上石英玻璃管代替。有一定流速的空气流从筒形外壳进气口进入，空气在两电极处被高压电场击穿，形成等离子体，空气流使其形成射流，并有效降低等离子体射流温度至室温或略高于室温，产生新型大气压、介质阻挡、空气冷等离子体射流。如果需要产生大面积的等离子体，可以将多个筒形外壳并联使用。

本实用新型能在大气压下稳定工作，并保持等离子体温度为室温或略高于室温，利于降低成本(无需真空设备、无需稀有气体)，可以方便产生富含高活性粒子射流冷等离子体。因此，本实用新型将大大提高等离子体应用范围，推动等离子体在各领域广泛应用，例如等离子体刻蚀、薄膜沉积、材料表面改性、疾病治疗、空气净化、废气处理、消毒灭菌、生化清洗等。此项实用新型将有效降低运行成本，将日益得到更广泛研究和使用。

本实用新型具有以下优点：

(1)采用交流电源在大气压下形成等离子体射流，减少低气压放电时的复杂真空设备，降低装置成本。

(2)使用纯空气作为工作气体产生等离子体射流，无需使用或添加惰性气体，降低用气成本。

(3)装置简单便于实际应用。

(4)因使用石英玻璃板阻挡放电，形成等离子体射流温度低，一般为室温或略高于室温。

(5)冷等离子体射流中含有丰富的高化学活性粒子、高能电子、激发态分子、原子、带电粒子、粒子基团等。

(6)可根据需要并联扩展，有效提高冷等离子体大面积应用。

附图说明

图1为带石英玻璃板的本实用新型结构示意图。

图2为带石英玻璃管的本实用新型结构示意图。

具体实施方式

如图1所示。大气压介质阻挡空气冷等离子体射流装置，包括有聚四氟乙烯材料制成的筒形外壳3，筒形外壳3一端筒口为进气口，进气口处设置有风机5，以向筒形外壳3中吹入空气，另一端筒口为出气口，有两个电极6、7分别穿过筒形外壳3的壳壁伸入至筒形外壳3内，两个电极6、7的前端相对，其中一个电极6通过导线与频率为20kHz～70kHz的交流高压外部电源1连接，另一个电极7通过导线接地，还包括有石英玻璃板2，石英玻璃板2插入两电极6、7之间，并与与外部电源1连接的电极6前端紧密接触；

如图2所示，两电极6、7之间无石英玻璃板时，采用石英玻璃管8套在与外部电源1连接的电极6外。

本实用新型的筒形外壳3一端进气，一端产生等离子体射流4。空气由风机5吹入筒形外壳3中，在电极6、7处被电场激发，产生等离子体。电极6、7由铜棒制成，其一个电极7直接接地，另外一个电极6与交流高压电源1链接。石英玻璃板2插在两电极6、7之间，紧贴有源的电极6，接地的电极7直接裸露于放电气体区域。电极6、7采用风冷的方式进行冷却。

Claims

1.大气压介质阻挡空气冷等离子体射流装置，包括有筒形外壳，所述筒形外壳一端筒口为进气口，另一端筒口为出气口，有两个电极分别穿过筒形外壳的壳壁伸入至筒形外壳内，两个电极的前端相对，其中一个电极通过导线与外部电源连接，另一个电极通过导线接地，其特征在于：还包括有石英玻璃板，所述石英玻璃板插入两电极之间，并与所述与外部电源连接的电极前端紧密接触。

2.大气压介质阻挡空气冷等离子体射流装置，其特征在于：大气压介质阻挡空气冷等离子体射流装置，包括有筒形外壳，所述筒形外壳一端筒口为进气口，另一端筒口为出气口，有两个电极分别穿过筒形外壳的壳壁伸入至筒形外壳内，两个电极的前端相对，其中一个电极通过导线与外部电源连接，另一个电极通过导线接地，其特征在于：包括有石英玻璃管，所述石英玻璃管套在所述与外部电源连接的电极外。