CN2746712Y - 常压低温冷等离子体放电通道装置 - Google Patents

常压低温冷等离子体放电通道装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开一种常压低温冷等离子体放电通道装置,包括高压电源,供气源,和长方体形状的放电通道主体,其包括位于顶面且在中部设置有通孔的第一电极,位于底面与第一电极平行相对的第二电极,其内表面上设置有绝缘材料层;及两个长条形绝缘体,它们与两个电极一起围成一个横截面为长方形的直放电通道,通孔与放电通道相连通,第一电极位于放电通道内的下表面沿放电通道纵向的截面为锯齿状,一个电极与高压电源相连而另一个接地,供气源通过导管与通孔相连,放电通道内的放电是在常压下进行的。本实用新型能在大气压下产生稳定放电的冷等离子体,进而对穿过放电通道的物体进行表面改性、表面清洗、表面消毒和薄膜沉积等。

Description

常压低温冷等离子体放电通道装置
技术领域
本实用新型总体上涉及新型的等离子体放电装置,尤其是,涉及一种利用高压电源以高电压击穿的有介质阻挡且具有改进电极表面放电通道的低温冷等离子体放电装置。
背景技术
常压冷等离子体技术是在近年才迅速发展起来的、并已得到广泛应用的新技术,它可应用于:(1)表面清洗(例如清洗生化污染、表面有机污染)。(2)有毒气体和有害液体的治理。(3)纺织衣料改性。(4)材料表面的改性。(5)薄膜制备。(6)产生臭氧灭菌等等。
传统上,在空气中,目前生成冷等离子体的方式主要有两种:一种方式是电晕放电产生等离子体,但电晕放电难以产生均匀大面积冷等离子体,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。另一种方式是介质阻挡放电:即在两个电极之间插入一个或两个绝缘介质,但由于电极表面结构采用的是平面形状,因此在电极之间放电时所要求的击穿电压较高。
实用新型内容
考虑到现有技术存在的上述问题,本实用新型的目的在于提供一种常压低温冷等离子体放电通道装置,包括高压电源,供气源,和长方体形状的放电通道主体,放电通道主体包括:电极表面为锯齿状的第一电极,第一电极由金属材料制成并位于放电通道主体的顶面,且在第一电极的中部设置有沿其厚度方向延伸的通孔,第二电极由金属材料制成并位于放电通道主体的底面,且第二电极与第一电极相对且相互平行;及两个长条形绝缘体,它们相互平行地分别设置在放电通道主体的两侧将第一电极和第二电极相互绝缘,并且与第一电极和第二电极一起围成一个横截面为长方形的直放电通道,其中第一电极上的通孔与长方形的直放电通道相连通,第一电极位于放电通道内的下表面沿放电通道纵向的截面为锯齿状,第二电极位于放电通道内的上表面上设置有绝缘材料层,第一电极和第二电极其中之一通过耐高压线与高压电源相连,而另一个接地,供气源通过导管和第一电极上的通孔与放电通道相连通。
优选的是,第二电极为平板状电极,其位于直放电通道内的与第一电极相对的上表面为抛光表面,所述绝缘材料层为设置在抛光表面上的绝缘板。
另外,第二电极为平板状电极,其位于长方形直放电通道内的与第一电极相对的上表面沿放电通道纵向的截面为锯齿状,且所述绝缘材料层为设置在该锯齿状表面上的绝缘板。
优选的是,第二电极由多个电连接在一起的金属杆构成,每个金属杆的外表面上包覆有绝缘层,多个金属杆相互平行紧密地排列且它们的轴向与放电通道的纵向大体垂直。
有利的是,包覆有绝缘层的多个金属杆的下面设置有支撑它们的绝缘平板。
另外,第一电极位于放电通道外面的与其锯齿状表面相对的上表面上覆盖有使第一电极与外界绝缘的绝缘材料层。
优选的是,供气源供给的气体包括氩气,氦气,压缩空气,氩气或氦气与反应气体的混合物,及氩气或氦气与液体的混合物。
有利的是,第一电极通过耐高压线与高压电源相连,而第二电极接地。
另外,第一电极和第二电极由不锈钢,铝和铜等金属材料制成。
本实用新型是一种新型的常压低温冷等离子体放电通道装置,其优点是:1、首先是长方体的常压低温等离子体直放电通道的建立。2、有介质阻挡的等离子体放电装置,由于一个电极的板面采用锯齿状表面,锯齿状表面尖端齿尖的出现,大大降低了电极极板之间的气体击穿电压。3、在放电通道内有介质阻挡的等离子体放电装置,放电是沿电极锯齿状表面齿尖的尖端进行,由于多条尖端方向与直放电通道方向垂直,因此穿过该放电通道的物质会垂直穿过形状像水帘形状的多个尖端等离子体放电平面。4、对于放电通道内具有介质阻挡的等离子体放电装置,一个电极为锯齿状表面的板状电极,另一个电极由多根套有绝缘材料管的金属杆电极紧密排列构成,形成对应的齿尖面和杆电极之间的放电,同样会大大降低了电极极板之间的气体击穿电压。5、对穿过该放电通道的物体,能进行表面改性、表面镀膜、表面清洗和表面消毒等。6、在放电通道中部设有进气通孔,可以根据需要通入其它任何反应气体和液体。
本实用新型是在大气压下产生低温冷等离子体放电装置,主要用途是:对穿过等离子体放电通道的物体表面进行表面改性、表面清洗和表面消毒,并且不会带来二次污染。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进行进一步的描述,其中:
图1为本实用新型第一实施例的常压低温冷等离子体放电通道装置的正面结构剖视示意图;
图2为本实用新型第一实施例的常压低温冷等离子体放电通道装置的侧面结构剖视示意图;
图3为与图1类似的本实用新型第二实施例的常压低温冷等离子体放电通道装置的正面结构剖视示意图;
图4为与图2类似的本实用新型第二实施例的常压低温冷等离子体放电通道装置的侧面结构剖视示意图;
图5为与图1和图3类似的本实用新型第三实施例的常压低温冷等离子体放电通道装置的正面结构剖视示意图;
图6为与图2和图4类似的本实用新型第三实施例的常压低温冷等离子体放电通道装置的侧面结构剖视示意图;
具体实施方式
下面参照附图,结合具体的实施例对本实用新型进行详细的描述。
第一实施例
首先,参阅图1和图2,图中所示为根据本实用新型的第一实施例的形状为长方体的常压低温冷等离子体放电通道装置,图1是常压低温冷等离子体放电通道装置的正面剖视图,其中示出了放电通道主体的正面剖视图,图2为侧剖视图。常压低温冷等离子体放电通道装置包括高压电源101、供气源102,和放电通道主体,所述放电通道主体包括:平板状的第一电极103,第一电极由金属材料制成并位于放电通道主体的顶面,且在第一电极的中部设置有沿其厚度方向延伸的通孔108;第二电极105,第二电极105由金属材料制成并位于放电通道主体的底面,且第二电极105与第一电极103相对设置且相互平行,并间隔开一定的距离;及两个长条形绝缘体111,它们相互平行地分别设置在放电通道主体的两侧将第一电极103和第二电极105相互绝缘,并且与第一电极103和第二电极105一起围成一个四周封闭而两端开口的横截面为长方形的长方体形状的直放电通道100,其中第一电极103上的通孔108与长方体的直放电通道100相连通,第一电极103位于放电通道100内的下表面沿放电通道纵向(垂直于图1中图面的方向)的截面为锯齿状(以下称为锯齿状表面),在本实施例中,第二电极105位于放电通道100内的上表面(与第一电极103相对的表面)为抛光表面,在该抛光表面上附着一个绝缘板107,该绝缘板107用作第一电极103和第二电极105之间的绝缘介质。在本实施例中,高压电源101通过耐高压线109与板状第一电极103(高压电极)相连,第二电极105(地电极)接地,供气源102通过导管和第一电极103上的通孔108与放电通道100相连通,用于向放电通道100内供应工作气体,另外,在供气源102和通孔108之间的导管上设置有阀门106。
下面描述根据本实用新型的常压低温冷等离子体放电通道装置的工作过程。
当高压施加在第一电极103和第二电极105之间时,放电沿第一电极103锯齿状表面的齿尖尖端与相对的第二电极105上的绝缘板107之间进行。放电形成多条垂直于放电通道纵向、形状像水帘状的等离子体放电面11,如图2所示。第一电极103中部开设的通孔108与放电通道100贯通,由此放电通道100通过导管和阀门106与供气源102连通。另外,在第一电极103位于放电通道100外侧的与其锯齿状表面相对的上表面上覆盖有绝缘材料板104,使第一电极103对外绝缘。
工作气体经导管引入到放电通道100中,在第一电极103和第二电极105之间被击穿电离,在放电通道100中形成低温冷等离子体,第二电极105和第一电极103之间的距离(放电通道100的高度)可以根据用户需要设计,但一般不会超过5mm,并且需要被等离子体处理的物体可以穿过在两个电极之间的放电通道100。第一电极103、第二电极105由金属材料,如不锈钢、铝、铜等加工制成;绝缘材料板104,绝缘体111和绝缘板107可用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯等绝缘材料制成,放电通道100内的放电是在常压下进行的。
第二实施例
下面参照图3和图4描述本实用新型第二实施例的常压低温冷等离子体放电通道装置。如图3和图4所示,其中示出了根据本实用新型第二实施例的长方体状的常压低温冷等离子体放电通道装置,图3是常压低温冷等离子体放电通道装置的正面视图,其中示出了放电通道主体的正面剖视图,图4为侧剖视图,根据本实用新型第二实施例的常压低温冷等离子体放电通道装置包括高压电源201、供气源202,和放电通道主体,该放电通道主体包括平板状的第一电极203,第一电极203位于放电通道主体的顶面,平板状的第二电极205位于放电通道主体的底面,与第一电极203相对且平行地设置,并间隔开一定的距离,在本实施例中,高压电源201通过耐高压线209与第一电极203(高压电极)相连,而第二电极205(地电极)接地,放电通道主体还包括位于其两侧的两个绝缘体211,两个绝缘体211使第一电极203和第二电极205相互绝缘,且与两个电极一起围成一个四周封闭而两端开口的横截面为长方形的长方体形状的直放电通道200,如图3所示,放电通道200通过第一电极203上设置的通孔208和导管与供气源202相连通。
与第一实施例相似,第一电极203位于放电通道200内的与第二电极205相对的下表面制成沿通道纵向(垂直于图3中图面的方向)的截面为锯齿状的表面(以下称为锯齿状表面),如图4所示,另外,在第一电极203位于放电通道200外面的与其锯齿状表面相对的上表面上覆盖有绝缘材料板204,使第一电极203对外绝缘。与第一实施例不同的是,第二电极205位于放电通道200内的与第一电极203相对的上表面形状与第一电极203锯齿状下表面具有同样的结构,即其沿通道200纵向的截面成锯齿状(以下也称为锯齿状表面),也就是说,第一电极203和第二电极205相对的表面沿通道200纵向的截面都为锯齿状。在第二电极205锯齿状的上表面附着绝缘板207,作为第一电极203和第二电极205之间的绝缘介质。
与第一实施例的工作过程类似,当高压加在电极203和电极205之间时,放电是沿第一电极203的锯齿状表面的齿尖尖端与第二电极205的相对的齿尖尖端的绝缘介质之间进行的,从而形成多条垂直通道方向、形状像水帘状的等离子体放电面22,第一电极203中部开设的通孔208与放电通道200贯通并通过导管和阀门206与供气源202连接。。
工作气体经导管引入到放电通道200中,在第一电极203和第二电极205之间被击穿电离,从而在放电通道200中形成低温冷等离子体,同样,第二电极205和第一电极203之间的距离可以根据用户需要设计,但一般不会超过5mm,并且需要被等离子体处理的物体可以穿过在两个电极之间的放电通道。第一电极203、第一电极205可以由金属材料,如不锈钢,铝,铜等加工制成;绝缘材料板204、绝缘体211和绝缘板207可用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯等绝缘材料制成,通道200内的放电是在常压下进行的。
第三实施例
下面参考图5和图6对本实用新型的第三实施例进行描述。如图5和图6所示,其中示出了本实用新型第三实施例的长方体形状的常压低温冷等离子体放电通道装置,图5是常压低温冷等离子体放电通道装置的正面视图,其中示出了放电通道主体的正面剖视图,图6为侧剖视图,根据本实用新型第三实施例的常压低温冷等离子体放电通道装置包括高压电源301、供气源302,和放电通道主体,所述放电通道主体包括通过耐高压线309与高压电源301相连的平板状的第一电极303(高压电极)连接,第一电极303位于放电通道主体顶面;第二电极305,其位于放电通道主体的底面,并且与第一电极303平行相对且间隔开的设置,放电通道主体的两个长条形绝缘体311位于放电通道主体两侧,使得第一电极303和第二电极305相互绝缘,同时与两个电极一起围成一个四周封闭而两端开口的横截面为长方形的长方体形状的直放电通道300,如图5所示。
与第一和第二实施例不同的是,放电通道主体的第二电极305是由多根外面套有绝缘层307的金属杆305a紧密排列而成,所述绝缘层307优选为绝缘材料管,金属杆305a的轴向(垂直于图6中的图面方向)与通道300的纵向(垂直于图5中的图面方向)垂直。第一电极303位于放电通道300内的与第二电极305相对的下表面制成沿放电通道300纵向(图5中垂直于图面的方向)的截面为锯齿状的表面(锯齿状表面),如图6所示。管状的绝缘层307的一端密闭,另一端开口,以便金属杆305a能够插入绝缘材料管307中,而多根金属杆305a露出的端部电连在一起,并放置在位于第二电极305下面支撑第二电极305的绝缘平板3042上,例如金属杆305a的露出端部用电线连接在一起,以便共同构成第二电极305。管状的绝缘层307作为第一电极303和第二电极305之间的绝缘介质,第一电极303上的齿尖延伸的方向和第二电极305的多个金属杆305a的轴向方向一致。
当高压加在第一电极303和第二电极305之间时,放电沿第一电极303的锯齿状表面的齿尖尖端与相对的第二电极305的各个金属杆305a外面的管状绝缘材料层307之间进行,从而形成多条垂直于通道纵向、形状像水帘状的等离子体放电面33。在第一电极303与其锯齿状表面相对的表面上覆盖有绝缘材料板3041,使第一电极303对外绝缘。
工作气体经导管混合后被引入到放电通道300中,在第一电极303和第二电极305之间被击穿电离,在放电通道300中形成低温冷等离子体,同样,第二电极305和第一电极303之间的缝隙可以根据用户需要设计,但一般不会超过5mm,同时需要被等离子体处理的物体可以穿过在两个电极之间的放电通道。第一电极303、第二电极305可以由金属材料,如不锈钢、铝、铜等加工制成;绝缘材料板3041、绝缘平板3042、和绝缘体311可用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯等绝缘材料制成,管状的绝缘层307可采用玻璃管、石英管或陶瓷管等。通道300内的放电是在常压下进行的。
在本实用新型中,供气源供给的气体可以为氩气或氦气。另外,可根据不同的需要,在上述气体中可以混合加入少量的反应气体或液体成份,如氧气、氮气、炭氟四、氨气、水等。在放电区间内通过电离形成有等离子体和大量活性原子及分子,根据实际需要通过调节放电时的功率和进气量可以控制等离子体的状态和活性物质的浓度。
上面参考附图结合具体的实施例对本实用新型进行了描述,然而,需要说明的是,对于本领域的技术人员而言,在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下,可以对上述实施例作出许多改变和修改,这些改变和修改都落在本实用新型的权利要求限定的范围内。

Claims (10)

1、一种常压低温冷等离子体放电通道装置,包括高压电源,供气源,和长方体形状的放电通道主体,其特征在于,所述放电通道主体包括:
平板状的第一电极,所述第一电极由金属材料制成并位于放电通道主体的顶面,且在所述第一电极的中部设置有通气孔,
第二电极,所述第二电极由金属材料制成并位于放电通道主体的底面,且所述第二电极与第一电极相对且相互平行;及
两个长条形绝缘体,它们相互平行地分别设置在放电通道主体的两侧将第一电极和第二电极相互绝缘,并且与第一电极和第二电极一起围成一个横截面为长方形的直放电通道,
其中所述第一电极上的通孔与所述长方形的直放电通道相连通,所述第一电极位于放电通道内的下表面沿放电通道纵向的截面为锯齿状,所述第二电极位于放电通道内的上表面上设置有绝缘材料层,第一电极和第二电极其中之一通过耐高压线与所述高压电源相连,而其中的另一个电极接地,所述供气源通过导管和第一电极上的通孔与放电通道相连通。
2、根据权利要求1所述的常压低温冷等离子体放电通道装置,其特征在于,所述第二电极为平板状电极,其位于放电通道内的与第一电极相对的上表面为抛光表面,所述绝缘材料层为设置在所述抛光表面上的绝缘板,且供气源与通孔之间的导管上设置有阀门。
3、根据权利要求1所述的常压低温冷等离子体放电通道装置,其特征在于,所述第二电极为平板状电极,其位于放电通道内的与第一电极相对的上表面沿放电通道纵向的截面为锯齿状。
4、根据权利要求1所述的常压低温冷等离子体放电通道装置,其特征在于,所述第二电极由多个连接在一起的金属杆构成,每个金属杆上套有绝缘管,所述多个金属杆相互平行紧密地排列且它们的轴向与放电通道的纵向垂直。
5、根据权利要求4所述的常压低温冷等离子体放电通道装置,其特征在于,所述包覆有绝缘层的多个金属杆的下面设置有支撑它们的绝缘平板。
6、根据权利要求5中任一项所述的常压低温冷等离子体放电通道装置,其特征在于,所述第一电极位于放电通道外面的与其锯齿状表面相对的上表面上覆盖有使第一电极与外界绝缘的绝缘材料层。
7、根据权利要求6所述的常压低温冷等离子体放电通道装置,其特征在于,所述两个长条形绝缘体,组成第二电极的各个金属杆上包覆的绝缘层,以及第二电极下面的绝缘平板由陶瓷,玻璃,和聚四氟乙烯其中之一制成。
8、根据权利要求1-4中任一项所述的常压低温冷等离子体放电通道装置,其特征在于,所述供气源供给的气体包括氩气,氦气,压缩空气,氩气或氦气与反应气体的混合物,及氩气或氦气与液体的混合物。
9、根据权利要求1-4中任一项所述的常压低温冷等离子体放电通道装置,其特征在于,第一电极通过耐高压线与所述高压电源相连,而第二电极接地。
10、根据权利要求1-4中任一项所述的常压低温冷等离子体放电通道装置,其特征在于,所述第一电极和第二电极由不锈钢,铝和铜等金属材料制成。
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