CN2604846Y - 常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器 - Google Patents

常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器 Download PDF

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一种新型的圆筒形外射冷等离子体发生器，包括一圆筒形外壳，其特征在于：该圆筒形地电极一端封闭，于该圆筒形外壳的筒壁上设有多个小孔喷口，另一端与射频电源和供气源连接，该圆筒形外壳与地连接，也称为地电极，该地电极圆筒内包覆有一同心的中空圆筒形射频电极，该射频电极圆筒的筒壁上也对应设有多个小孔喷口，该射频电极与射频电源连接，该射频电极的内腔通过进气导管与供气源连接，该地电极与该射频电极的两个端部分别设有绝缘体，在两个端部绝缘体之间形成圆筒形缝隙，在该缝隙中形成射频放电产生冷等离子体，该冷等离子体经过地电极圆筒多个小孔喷口向四周喷出，放电是在常压下进行的。本实用新型能在大气压下产生低温、大面积、由射频低电压击穿并保持稳定放电的冷等离子体束流，从而为等离子体技术在物体表面清洗、杀菌、消毒，特别为管道内壁表面的清洗、杀菌、消毒和表面改性等的应用开辟了道路。

Description

常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器
【技术领域】
本实用新型涉及一种等离子体发生器，尤指常压下在圆筒形壮的空隙中的射频放电，该放电等离子体经圆筒筒壁的多个小孔喷口向外侧喷出。
【背景技术】
等离子体技术是在近年才迅速发展起来的，并已得到广泛的应用，例如可用于：(1)微电子工业硅片清洗，替代目前的酸和去离子水清洗。(2)清洗所有的生化污染表面，包括被生化武器污染的表面和空间。(3)替代湿化学法，可用于制药和食品行业原位消毒。(4)用于医疗器件消毒和皮肤病的治疗。(5)用于清洗放射性材料表面，试验证明等离子体技术是目前唯一可行的手段，而目前世界上的废弃放射性材料只能填埋处理。(6)食品保鲜杀菌。(8)纺织企业衣料改性。(9)材料表面的改性。(10)刻蚀金属、半导体和电介质材料等。
在空气中，要使气体击穿电离产生等离子体需要几千伏的高压。目前生成等离子体主要有两种方式：一种是利用电弧产生等离子体，电弧放电时气体温度将高达3000℃以上，产生的直流热平衡等离子体炬，可用于金属的切割、焊接和表面喷涂。但高温的等离子体炬也限制了它的用途，因为它会烧毁所有面对的物品。另一种方式是利用电晕放电产生等离子体，但电晕放电难以产生均匀大面积等离子体，在几千伏的高压下，电流范围仅为微安培量级，一般只是用来产生臭氧作消毒用。现有的等离子体技术要使气体在非高压下击穿产生等离子体，并维持稳定大面积非热放电，只能在真空室中进行，从而限制了它的应用。
【实用新型内容】
本实用新型的目的在于提供一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，能在大气压下稳定工作并能向四周喷出冷等离子体束流，该冷等离子体发生器为等离子体技术在清洗、杀菌、消毒，特别为管道内部的清洗、杀菌、消毒和表面改性等广泛领域的应用开辟了道路。
为了达到上述目的，本实用新型提供一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，包括一圆筒形外壳，该外壳一端封闭，另一端与射频电源和供气源连接，其特征在于：于该外壳内设有圆筒形射频电极，该射频电极与射频电源连接，该外壳接地，该射频电极和该地电极均为中空的圆筒形，该射频电极的内腔与进气导管连通，并通过进气导管与供气源连接，在该射频电极圆筒与该地电极圆筒的两个端部之间设有绝缘体，在两个端部绝缘体之间形成圆筒形空隙，在该空隙内形成射频放电区间，该射频电极周壁上和该地电极外壳周壁上分别对应设有多数小通气孔。引入射频电极内腔的气体通过射频电极多孔喷口进入射频放电区，经由射频电离后形成冷等离子体，并通过地电极外壳多孔喷口向外喷出。
所述的一种新型常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，其特征在于：该射频电源是13.56MHz或27.12MHz的射频电源。该等离子体放电是在正常大气压下进行的，气体由射频低电压击穿，气体被射频击穿时的均方根电压为50伏至250伏范围。
所述的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，其特征在于：该地电极圆筒和该射频电极圆筒的圆筒壁上分别均布有多数小喷口，每个小喷口的直径范围为0.5-1.5毫米。
所述的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，其特征在于：该射频放电是在地电极外壳圆筒和射频电极圆筒之间的圆筒空隙中进行的，在该射频放电区间形成冷等离子体，该冷等离子体经过外壳圆筒多孔喷口向外喷出。
所述的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，其特征在于：该射频放电是在常压下进行的。
所述的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，其特征在于：该供气源所供气体是氩气或氦气。
所述的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，其特征在于：该供气源所供气体是氩气或氦气与少量的反应气体或液体的混合气体。所述的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，其特征在于：该外壳与地电极可设计为一体。
本实用新型的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器能在大气压下稳定工作，其优点是：1，采用射频电源在常压下形成均匀稳定的射频冷等离子体放电。2，冷等离子体通过金属圆筒筒壁的多数小孔向外对称喷射出冷等离子体。3，其喷出的等离子体小孔束流温度通常小于200摄氏度，而在喷出的小孔束流中几乎不含有离子成份。4，不但能用氦气作为载入工作气体，而且可以用氩气作为载入工作气体，并可以添加其它任何反应气体和液体成份。5，直接可以采用13.56MHz或27.12MHz的射频电源来激发放电，其击穿放电时的均方根电压仅为50伏至250伏之间，因此它不同于高压电晕放电，起辉频率范围为1至100千赫兹，起辉均方根电压为1至5千伏。
本实用新型的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器可向圆筒四周由筒壁上的多个小孔喷出含有大量亚稳态活性成份的冷等离子体束流，由于是在大气压下，因此该多个小孔束流几乎不含有离子成份。本发明的主要用途是：通过向四周喷出的含有大量活性成份的等离子体束流，可用于清洗管道内壁有有机物质所带来的污染，和生物病毒或细菌所造成的污染，例如，用氧气作为反应气体时，其活性氧能很快与有机和生物体反应形成二氧化炭和水，由于束流温度较低，所以用它对被污染物体表面进行清洗和灭菌时不会对基底造成破坏，也不会带来二次污染。通过改变不同的反应气体，可用于对器壁表面进行改性，该等离子体发生器还可以用来对室内空气的净化和灭菌。
通过改变放电功率，气体流量，气体成份可以控制等离子体束流喷出的长度和避免电极之间的拉弧现象。
【附图说明】
图1为本实用新型的侧面结构剖视示意图；
图2为本实用新型的正面结构剖视示意图。
首先，请参阅图1和图2，本发明的常压圆筒形外射冷等离子体发生器，包括射频电源101、供气源102，发生器外壳，该外壳有一绝缘体104和地电极圆筒112构成，该地电极圆筒112接地，该圆筒形地电极筒壁上设有多个小孔喷口116，于该外壳内设有圆筒形射频电极103，该射频电极103设有一具有圆孔形状的内空腔105，该空腔一端封闭，另一端与进气导管107连通，该进气导管107通过减压控制阀门106与供气源102连通。该地电极圆筒112包覆在该射频电极圆筒103外围，该射频电极圆筒103的筒壁上设有多个小孔喷口114，该射频电极通过射频电缆109与射频电源101连接，在射频电极103与地电极112的端部之间分别设有绝缘材料104和绝缘材料111，绝缘材料104和绝缘材料111使射频电极和地电极之间绝缘，该绝缘材料104还起到封闭外壳端部，射频放电是在射频电极和地电极之间的圆筒形缝隙108中进行的。
被引入到射频电极内腔105中的气体经过射频电极的多孔小喷口114流入到射频放电区间108，经由射频击穿后形成冷等离子体，该冷等离子体通过地电极外壳圆筒多个小孔喷口116向外喷出。该地电极圆筒112以及该射频电极圆筒103可由金属材料，如不锈钢，铝，铜等加工制成，绝缘体104和111可用陶瓷、聚四氟乙烯等绝缘材料制成。
射频电源101可采用13.56MHz或27.12MHz射频电源来激发放电，放电是在常压下进行的。
可以采用氩气或氦气作为载入工作气体，另外，可根据不同的需要，混合加入少量的反应气体或液体成份，如氧气，氮气，炭氟四，水等，所占总气体量的比例为5％以内。气体在放电区间被电离形成等离子体，通过外壳圆筒的多个小孔喷口向外喷出带有大量活性原子和分子的冷等离子体束流。根据需要调节放电时的功率和进气量来控制喷出等离子体的束流长度。

Claims (8)

1、一种新型的圆筒形外射冷等离子体发生器，包括圆筒外壳、射频电源、供气源，其特征在于：该圆筒外壳一端封闭，另一端与射频电源和供气源连接，该圆筒外壳与地连接，也称为地电极，于该地电极圆筒外壳的筒壁上设有多个小孔喷口，该地电极圆筒内包覆有一同心的中空圆筒形射频电极，该射频电极通过电缆与射频电源连接，该射频电极的筒壁上也对应设有多个小孔喷口，该射频电极内腔通过进气导管与供气源连接，在地电极与射频电极的两个端部分别设有绝缘体使两个电极绝缘，在两个绝缘体之间设有圆筒形缝隙，在该缝隙中形成放电区间产生冷等离子体，该冷等离子体经过地电极圆筒筒壁的多孔喷口向外喷出，放电是在常压下进行的。
2、如权利要求1所述的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，其特征在于：该射频电源是13.56MHz或27.12MHz的射频电源，气体被击穿的均方根电压在50伏至250伏之间。
3、如权利要求1所述的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，其特征在于：该地电极圆筒和该射频电极圆筒的圆筒壁上分别设有多数小喷口，每个小喷口的直径范围为0.5-1.5毫米。
4、如权利要求1所述的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，其特征在于：该射频放电是在地电极圆筒与射频电极圆筒形壮之间的圆筒空隙中进行的，在该射频放电区间形成冷等离子体，该冷等离子体经过地电极圆筒筒壁多个小孔喷口向外喷出。
5、如权利要求1所述的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，其特征在于：该射频放电是在常压下进行的。
6、如权利要求1所述的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，其特征在于：该供气源所供气体是氩气或氦气。
7、如权利要求1所述的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，其特征在于：该供气源所供气体是氩气或氦气与少量的反应气体或液体的混合气体。
8、如权利要求1所述的一种新型的常压射频圆筒形外射冷等离子体发生器，其特征在于：该外壳与地电极可设为一体。
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