專利名稱：一種高速、大面積離子風(fēng)的激勵裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于強(qiáng)化傳熱、微型氣體泵等方面的離子風(fēng)激勵裝置，特 別涉及一種用于產(chǎn)生高速、大面積離子風(fēng)的串級針-環(huán)電極離子風(fēng)激勵裝置。
背景技術(shù)：
離子風(fēng)，即"電誘導(dǎo)二次流"，指在不均勻電場中，當(dāng)放電發(fā)生時，相對 曲率較大電極附近產(chǎn)生大量離子射流運(yùn)動時，離子射流對周圍流體流動產(chǎn)生 強(qiáng)烈的擾動，形成的由曲率較大電極到曲率較小電極方向的流體運(yùn)動?？諝?中電暈放電產(chǎn)生離子風(fēng)具有強(qiáng)化傳熱、微型氣體泵、附面流體控制以及空氣 凈化等多方面的應(yīng)用前景。而目前國內(nèi)外的研究僅局限于獲取局部高速的離 子風(fēng)，未能得到大面積、大流量的高速離子風(fēng)，使其在實(shí)際應(yīng)用中很難發(fā)揮 離子風(fēng)在強(qiáng)化傳熱、微型氣體泵等方面的各種效應(yīng)。
在直流高電壓作用下，采用單針-板、單針-環(huán)電極產(chǎn)生離子風(fēng)具有裝置 簡單、能效高的特點(diǎn)，但是單針周圍產(chǎn)生電暈放電的區(qū)域有限，因而放電產(chǎn) 生的離子風(fēng)的作用范圍也是有限的。采用多針-環(huán)電極可以在較大面積產(chǎn)生離 子風(fēng)。通過幾個多針-環(huán)電極離子風(fēng)激勵器的逐級串聯(lián)可實(shí)現(xiàn)帶電粒子動能的 積累，從而獲得遠(yuǎn)高于單個多針-環(huán)電極離子風(fēng)激勵器產(chǎn)生的離子風(fēng)速度，大 大提高了離子風(fēng)的實(shí)用性。
目前國外學(xué)者采用的串級離子風(fēng)激勵裝置如

圖1中所示，每級針電極位 于管剖面的幾何中心，環(huán)電極嵌入管壁內(nèi)側(cè)，所有針電極并聯(lián)接在負(fù)極性直
流高壓源-HV上，環(huán)電極均可靠接地。玻璃管前后端分別裝有入口和噴嘴， 用于提高產(chǎn)生的離子風(fēng)速度。該套裝置采用單一直流高壓源對地的模式，前 一級的環(huán)電極與后一級的針電極間的電場方向與各級內(nèi)部的電場梯度方向是 相反的，前后級離子風(fēng)激勵器間的電場將相互影響，不利于充分發(fā)揮多級串
3聯(lián)的速度積累的效應(yīng)，且采用單針-環(huán)電極，產(chǎn)生的離子風(fēng)的作用范圍也是有 限的。因此必須設(shè)計合理的離子風(fēng)激勵裝置以及相應(yīng)的電源連接系統(tǒng)，以保 證各級離子風(fēng)激勵器間的電場不相互影響，且各級的分壓分配均勻，這樣才 能使各級實(shí)現(xiàn)均勻、穩(wěn)定放電，在其共同作用下產(chǎn)生高速、大面積的離子風(fēng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有離子風(fēng)激勵裝置的速度較低以及作用面積小的問題，本發(fā)明的 目的在于提供一種串級多針-環(huán)電極離子風(fēng)激勵裝置，采用該離子風(fēng)激勵裝置 能獲得高速、大面積的離子風(fēng)。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的 一種高速、大面積離子風(fēng)的激勵裝置，包括離子風(fēng)激勵區(qū)筒體及兩端的 入口和出口，筒體內(nèi)設(shè)置有多級串聯(lián)的針-環(huán)電極，其特征在于，后一級的針 電極和前一級的環(huán)電極組合為一個整體的多針環(huán)電極，每兩級多針環(huán)電極的 針電極與環(huán)電極之間組成電極間距；每兩級多針環(huán)電極的環(huán)電極之間分別通
過一個導(dǎo)體與筒體外的限流電阻串聯(lián)，然后再與一個分壓電容器并聯(lián)構(gòu)成一 個放電回路，各分壓電容器之間相互串聯(lián)，與靠近入口的環(huán)電極連接的分壓 電容器連接直流高壓源，與靠近出口的環(huán)電極連接的分壓電容器接地，靠近 出口的環(huán)電極不設(shè)針電極，直接通過導(dǎo)體接地。
上述方案中，所述多針環(huán)電極包括環(huán)電極和針電極，環(huán)電極朝向圓心設(shè) 置有多個沿周向均布的柱體，柱體頂端設(shè)有凹槽，凹槽中鑲嵌針電極。所述
針電極為4 8個。
所述多級串聯(lián)的針-環(huán)電極為4~8級。 所述多針環(huán)電極的電極間距為3~10mm。
本發(fā)明用于產(chǎn)生高速、大面積離子風(fēng)的激勵裝置與現(xiàn)有單針-環(huán)電極離子 風(fēng)激勵裝置相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、采用串級多針-環(huán)電極形式，在各個針電極產(chǎn)生的高速離子風(fēng)作用區(qū) 間互不干擾的情況下，充分發(fā)揮各個針電極在流動控制方面的作用，可以擴(kuò) 大離子風(fēng)作用范圍，得到大面積的離子風(fēng)作用區(qū)域。通過多個多針-環(huán)電極的逐級串聯(lián)實(shí)現(xiàn)帶電粒子動能的積累，從而獲得遠(yuǎn)高于單針-環(huán)電極離子風(fēng)激勵 器產(chǎn)生的離子風(fēng)速度。
2、 系統(tǒng)將下一級的針電極和前一級的環(huán)電極合成為一個整體，充分利用 了有機(jī)玻璃管的軸向長度，減少了由于設(shè)計不緊湊導(dǎo)致的管壁和空氣的阻力。
3、 采用多級電容器串聯(lián)分壓的形式，在電暈放電產(chǎn)生前后每一級多針-環(huán)電極的分壓都大致相同，且電容器為電暈放電的脈沖電流提供放電通道， 使放電回路中電流更易維持，放電更加穩(wěn)定。
4、 采用多級電容器串聯(lián)分壓的電源形式，在離子風(fēng)激勵裝置內(nèi)部沿著有 機(jī)玻璃管的軸向，電場梯度方向是完全一致的，這有利于帶電粒子在電場中 的遷移和動能的積累，使得離子風(fēng)速度得到提升。
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。 圖l為目前常用的產(chǎn)生高速離子風(fēng)的串級單針-環(huán)電極激勵裝置的結(jié)構(gòu)示 意圖。
圖2為本發(fā)明的串級多針環(huán)電極離子風(fēng)激勵裝置的軸向剖面圖(四級)。
圖3為圖2中多針環(huán)電極的一種結(jié)構(gòu)圖。
圖4為圖2中多針環(huán)電極的另一種結(jié)構(gòu)圖。
圖5為采用圖2串級多針環(huán)電極離子風(fēng)激勵裝置的并聯(lián)組合離子風(fēng)加速系 統(tǒng)圖。
圖l-圖5中1、入口； 2、離子風(fēng)激勵區(qū)；3、出口； 4、筒體；5、環(huán)電 極；6、針電極；7、導(dǎo)體；8、槽；9、柱體；10、多針環(huán)電極；11、 12、連 接導(dǎo)線；R、限流電阻；C、分壓電容器；Rc、電容器體電阻。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l
如圖2，圖3所示，本發(fā)明的用于產(chǎn)生高速、大面積離子風(fēng)的一種串級 多針-環(huán)電極離子風(fēng)激勵裝置，將四個多針環(huán)電極10、 一個環(huán)電極5鑲嵌在內(nèi)徑為19mm，壁厚為5mm，長度為21mm的有機(jī)玻璃筒體4內(nèi)。采用的針 電極6均為尖端直徑50pm左右的鋼針，由普通鋼針經(jīng)電化學(xué)腐蝕法制得。 環(huán)電極5材質(zhì)為黃銅，內(nèi)部加工出4個高為3mm的柱體9(沿周向均勻分布)， 在其頂端留有寬為0.8mm，深為lmm的凹槽8，用于裝設(shè)針電極6。多針環(huán) 電極10由原來后一級的針電極6和前一級的環(huán)電極5合成為一個整體，充分 利用了有機(jī)玻璃管的軸向長度，減少了由于設(shè)計不緊湊導(dǎo)致的管壁和空氣的 阻力。每兩級多針環(huán)電極的環(huán)電極5分別通過一個導(dǎo)體7與限流電阻R串聯(lián)， 然后再與一個分壓電容器C并聯(lián)，組成四個串聯(lián)的分壓裝置，與靠近入口的 環(huán)電極連接的分壓電容器C連接直流高壓源-HV，與靠近出口的環(huán)電極連接的 分壓電容器C接地，靠近出口環(huán)電極5不設(shè)針電極6，直接通過導(dǎo)體7接地。 采用多級電容器串聯(lián)分壓的形式，在電極起暈之前，由于電容器體電阻 Rc的作用，每一級均勻分壓，電容器C充電；當(dāng)直流電源-HV逐漸升壓時，一 級或多級達(dá)到電極的起暈電壓的時候，針-環(huán)電極之間出現(xiàn)放電電流，電流有 效值約為幾十至幾百piA，電容器C內(nèi)積蓄的大量電荷通過放電回路釋放，使
放電回路中電流更易維持，放電更加均勻。
由于各級針環(huán)電極10在尺寸參數(shù)上是相同的，放電特性基本一致。如果 在升壓的過程中各級恰好同時起暈，則在放電等離子體等效電阻、限流電阻R 以及電容器體電阻Rc共同作用下，每級電壓分配均衡，均能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定放電； 如果由于放電的分散性，某一級先起暈，在放電等離子體等效電阻和限流電 阻共同作用下，該級總電阻低于其他未起暈電級，這使得未起暈的電極上分 得的電壓略高，促使其進(jìn)一步產(chǎn)生電暈。因此，本發(fā)明構(gòu)造的串級加速系統(tǒng) 能夠保證在電源電壓超過某一數(shù)值之后，各級均能實(shí)現(xiàn)均勻、穩(wěn)定放電，在 其共同作用下產(chǎn)生高速離子風(fēng)。
本實(shí)施例中，限流電阻R的阻值為8 16MQ,分壓電容器C為額定電壓 10~50kV，容量lnF 10nF高壓陶瓷電容器。 實(shí)施例2
如圖2，圖3所示，本發(fā)明的用于產(chǎn)生高速、大面積離子風(fēng)的另一種串級 多針環(huán)電極離子風(fēng)激勵裝置，將六個多針環(huán)電極IO、 一個環(huán)電極5鑲嵌在內(nèi)徑
6為19mm，壁厚為5mm,長度為16mm的有機(jī)玻璃筒體4內(nèi)。采用的針電極6使 用耐腐蝕的硅晶體材料由激光蝕刻的加工方法制得，其尖端直徑均為5pm左 右。
每兩級多針環(huán)電極的環(huán)電極5分別通過一個導(dǎo)體7與限流電阻R串聯(lián)， 然后再與一個分壓電容器C并聯(lián)，組成六個串聯(lián)的分壓裝置，與靠近入口的 環(huán)電極連接的分壓電容器C連接直流高壓源-HV，與靠近出口環(huán)電極連接的分 壓電容器C接地，靠近出口環(huán)電極5不設(shè)針電極6，直接通過導(dǎo)體7接地。電 極的安裝結(jié)構(gòu)級所用元器件的參數(shù)和實(shí)施例1相同。
由于本實(shí)施例針電極6的曲率半徑減小到5pm電極間距L為2~3mm， 這樣每一級的外施電壓僅有1 2kV,且每一級有機(jī)玻璃管的長度可以相應(yīng)減 小，這樣就可以在風(fēng)阻不變的情況下增加離子風(fēng)激勵裝置的級數(shù)，則有可能 獲得更好的流動控制效果和應(yīng)用的價值。 實(shí)施例3
如圖2,圖4所示，本發(fā)明的用于產(chǎn)生高速、大面積離子風(fēng)的再一種串級 多針環(huán)電極離子風(fēng)激勵裝置，將六個多針環(huán)電極IO、 一個環(huán)電極5鑲嵌在內(nèi)徑 為45mm，壁厚為5mm，長度為16mm的有機(jī)玻璃筒體4內(nèi)。采用的針電極6使 用耐腐蝕的硅晶體材料由激光蝕刻的加工方法制得，其尖端直徑均為5pm左右。
環(huán)電極5材質(zhì)為黃銅，內(nèi)部加工出8個高為3mm的柱體9 (沿周向均勻分 布)，在其頂端留有寬為0.6mm，深為lmm的凹槽8，用于裝設(shè)針電極6。增大 有機(jī)玻璃管的內(nèi)徑和每一級針電極6的數(shù)量，可以增大離子風(fēng)的作用范圍和控 制流體流量。
每兩級多針環(huán)電極的環(huán)電極5分別通過一個導(dǎo)體7與限流電阻R串聯(lián)， 然后再與一個分壓電容器C并聯(lián)，組成六個串聯(lián)的分壓裝置，與靠近入口的 環(huán)電極連接的分壓電容器C連接直流高壓源-HV，與靠近出口環(huán)電極連接的分 壓電容器C接地，靠近出口環(huán)電極5不設(shè)針電極6，直接通過導(dǎo)體7接地。電 極的安裝結(jié)構(gòu)級所用元器件的參數(shù)和實(shí)施例2相同。實(shí)施例4
如圖5所示，采用四個串級管式離子風(fēng)激勵裝置并聯(lián)的方式，將四個圖2 所示串級多針環(huán)電極離子風(fēng)激勵裝置徑向擺放為正方形，每個串級多針環(huán)電 極離子風(fēng)激勵裝置的環(huán)電極5通過引出導(dǎo)體7用連接導(dǎo)線11、 12相連，組成一 個并聯(lián)組合離子風(fēng)加速系統(tǒng)裝置。
該系統(tǒng)裝置在放電過程中互不干擾，可充分發(fā)揮每個串級加速裝置產(chǎn)生 高速離子風(fēng)的能力，可以實(shí)現(xiàn)從更大面積獲得高速的離子風(fēng)，且單位時間內(nèi) 得到的受控流體的總流量也將更為可觀。
權(quán)利要求
1、一種高速、大面積離子風(fēng)的激勵裝置，包括離子風(fēng)激勵區(qū)筒體及兩端的入口和出口，筒體內(nèi)設(shè)置有多級串聯(lián)的針-環(huán)電極，其特征在于，后一級的針電極和前一級的環(huán)電極組合為一個整體的多針環(huán)電極，每兩級多針環(huán)電極的針電極與環(huán)電極之間組成電極間距；每兩級多針環(huán)電極的環(huán)電極之間分別通過一個導(dǎo)體與筒體外的限流電阻串聯(lián)，然后再與一個分壓電容器并聯(lián)構(gòu)成一個放電回路，各分壓電容器之間相互串聯(lián)，與靠近入口的環(huán)電極連接的分壓電容器連接直流高壓源，與靠近出口的環(huán)電極連接的分壓電容器接地，靠近出口的環(huán)電極不設(shè)針電極，直接通過導(dǎo)體接地。
2、 如權(quán)利要求l所述的高速、大面積離子風(fēng)的激勵裝置，其特征在于， 所述多針環(huán)電極包括環(huán)電極和針電極，環(huán)電極朝向圓心設(shè)置有多個沿周向均 布的柱體，柱體頂端設(shè)有凹槽，凹槽中鑲嵌針電極。
3、 如權(quán)利要求2所述的高速、大面積離子風(fēng)的激勵裝置，其特征在于， 所述針電極為4~8個。
4、 如權(quán)利要求1所述的高速、大面積離子風(fēng)的激勵裝置，其特征在于， 所述多級串聯(lián)的針-環(huán)電極為4~8級。
5、 如權(quán)利要求1所述的高速、大面積離子風(fēng)的激勵裝置，其特征在于， 所述多針環(huán)電極的電極間距為3 10mm。
6、 如權(quán)利要求l所述的高速、大面積離子風(fēng)的激勵裝置，其特征在于， 所述分壓電容器為容量lnF 10nF，額定電壓10~50kV高壓陶瓷電容器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速、大面積離子風(fēng)的激勵裝置，包括離子風(fēng)激勵區(qū)筒體及兩端的入口和出口，筒體內(nèi)設(shè)置有多級串聯(lián)的針-環(huán)電極，其特征在于，后一級的針電極和前一級的環(huán)電極組合為一個整體的多針環(huán)電極，每兩級多針環(huán)電極的針電極與環(huán)電極之間組成電極間距；每兩級多針環(huán)電極的環(huán)電極之間分別通過一個導(dǎo)體與筒體外的限流電阻串聯(lián)，然后再與一個分壓電容器并聯(lián)構(gòu)成一個放電回路，各分壓電容器之間相互串聯(lián)，與靠近入口的環(huán)電極連接的分壓電容器連接直流高壓源，與靠近出口環(huán)電極連接的分壓電容器接地，靠近出口的環(huán)電極不設(shè)針電極，直接通過導(dǎo)體接地。本發(fā)明可獲得高速、大面積的離子風(fēng)，可應(yīng)用于強(qiáng)化傳熱、微型氣體泵以及空氣凈化等多個領(lǐng)域。
文檔編號H01T19/00GK101577397SQ20091002283
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者夏令志, 楊蘭均, 童金祿, 袁均祥, 趙宏博, 煒 邱 申請人:西安交通大學(xué)