專利名稱：產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的方法及其專用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫等離子放電方法，具體地說(shuō)是一種產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的方法及其專用裝置。
背景技術(shù)：
直流輝光等離子體技術(shù)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、使用方便而在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)外，關(guān)于直流輝光等離子體技術(shù)已經(jīng)有一定的研究和應(yīng)用。但現(xiàn)有技術(shù)和方法在產(chǎn)生輝光等離子體過(guò)程中存在一定的缺陷:一是現(xiàn)有的大間隙的直流輝光放電一般是在低氣壓下實(shí)現(xiàn)的，這就需要增設(shè)真空裝置，從而增加了放電裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，不利于等離子體技術(shù)的應(yīng)用；二是目前大氣壓輝光放電僅在毫米量級(jí)的小氣隙中實(shí)現(xiàn)，這無(wú)疑也限制了該技術(shù)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一就是提供一種產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的方法，以產(chǎn)生大間隙的輝光等離子體，滿足工業(yè)生產(chǎn)的使用需要。本發(fā)明的目的之二就是提供一種產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的專用裝置，以解決現(xiàn)有大氣壓直流輝光放電裝置放電間隙較小的問(wèn)題。本發(fā)明的目的之一是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的方法，設(shè)置一個(gè)帶軸向中心內(nèi)腔且截面呈U形的雙層管狀密閉容器體的同軸介質(zhì)管，在所述密閉容器體中充滿導(dǎo)電液體，在所述密閉容器體的側(cè)壁上開(kāi)有通向中心內(nèi)腔的進(jìn)氣口；
設(shè)置一個(gè)金屬棒電極，將金屬棒電極從所述同軸介質(zhì)管的封口端穿入所述同軸介質(zhì)管的中心內(nèi)腔中，并將所述金屬棒電極后端接地，前端設(shè)置在所述同軸介質(zhì)管中心內(nèi)腔的敞口端的；
在同軸介質(zhì)管敞口端的外側(cè)設(shè)置一個(gè)平板電極；
將供氣系統(tǒng)與所述進(jìn)氣口相連接的；
將所述同軸介質(zhì)管內(nèi)部導(dǎo)電液體與交流高壓電源的輸出端電連接，將平板電極與直流高壓電源的輸出端電連接；
通過(guò)供氣系統(tǒng)向同軸介質(zhì)管輸入工作氣體；打開(kāi)直流高壓電源的開(kāi)關(guān)和交流高壓電源的開(kāi)關(guān)(可先打開(kāi)直流高壓電源或交流高壓電源的開(kāi)關(guān))，產(chǎn)生介質(zhì)阻擋放電利用介質(zhì)阻擋放電中產(chǎn)生的活性粒子及紫外光電離點(diǎn)燃金屬棒電極與平板電極之間直流輝光放電。本發(fā)明通過(guò)同軸介質(zhì)管和金屬棒電極組成交流高壓的介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)，并通過(guò)平板電極和上述金屬棒電極組成直流高壓的輝光放電系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)在大氣壓下通過(guò)介質(zhì)阻擋放電中產(chǎn)生的活性粒子及紫外光電離點(diǎn)燃金屬棒電極與平板電極之間的直流放電通道，從而產(chǎn)生較大氣隙間距的持續(xù)性的直流輝光放電，此時(shí)，可以將交流高壓電源斷開(kāi)，以節(jié)約能源。本發(fā)明采用雙電源放電模式，可以并聯(lián)多個(gè)放電單元，從而進(jìn)一步擴(kuò)大直流輝光放電等離子體的體積，設(shè)備成本低，運(yùn)行費(fèi)用低且穩(wěn)定，并可以通過(guò)其它實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)放電參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明的目的之二是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的專用裝置，包括有介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)、輝光放電系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)和高壓電源；所述介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)包括有同軸介質(zhì)管和金屬棒電極，所述同軸介質(zhì)管為帶軸向中心內(nèi)腔且截面呈U形的雙層管狀密閉容器體，在所述密閉容器體中充滿導(dǎo)電液體，在所述密閉容器體的側(cè)壁上開(kāi)有通向中心內(nèi)腔、與所述供氣系統(tǒng)相連接的進(jìn)氣口 ；所述金屬棒電極從所述同軸介質(zhì)管的封口端穿入所述同軸介質(zhì)管的中心內(nèi)腔中，所述金屬棒電極的前端位于所述同軸介質(zhì)管中心內(nèi)腔的敞口端處，所述金屬棒電極的后端接地；所述輝光放電系統(tǒng)包括有所述金屬棒電極和位于所述同軸介質(zhì)管敞口端的外側(cè)的平板電極；所述高壓電源包括有與所述同軸介質(zhì)管內(nèi)部導(dǎo)電液體電連接的交流高壓電源和與所述平板電極電連接的直流高壓電源。所述金屬棒電極位于所述同軸介質(zhì)管的軸心線上，所述金屬棒電極的直徑為
0.5——50mmo所述平板電極直徑或?qū)挾却笥诮饘侔綦姌O的直徑。所述同軸介質(zhì)管與所述平板電極之間的間距為I一200mm。所述直流高壓電源的電壓為O— ±50kV，電流為O — 400mA，功率為O — 600W ;所述交流高壓電源的頻率為O — 50MHz，電壓為O— ±50kV。所述直流高壓電源與所述平板電極之間連接有鎮(zhèn)流電阻，所述鎮(zhèn)流電阻的阻值為 10—IOOOkQ。所述供氣系統(tǒng)由氣瓶或者氣泵通過(guò)供氣管路向所述同軸介質(zhì)管的進(jìn)氣口供氣，在所述供氣管路上設(shè)置有流量計(jì)、氣壓表和氣閥。所述供氣系統(tǒng)向所述進(jìn)氣口提供的工作氣體為空氣、氬氣、氮?dú)饣蚝庵械囊环N，或是任意兩種以上的混合體。本發(fā)明的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是:通過(guò)介質(zhì)阻擋放電點(diǎn)燃直流輝光放電，使本發(fā)明能夠在大氣壓下產(chǎn)生大間隙放電均勻且性能穩(wěn)定的直流輝光放電。該直流輝光放電產(chǎn)生后，可以關(guān)閉介質(zhì)阻擋放電，以節(jié)約能源。工作氣體、電極距離等均可以作為物理參量來(lái)調(diào)節(jié)等離子體參數(shù)，從而可以根據(jù)需要產(chǎn)生特定等離子體參數(shù)的直流輝光放電，能夠在較大氣隙中獲得較大體積的等離子體，因此具有廣泛的應(yīng)用前景，可廣泛應(yīng)用于材料制備、表面處理、材料蝕刻、臭氧合成、水處理、脫硫脫氮、殺菌消毒等領(lǐng)域。此外，本發(fā)明對(duì)輝光放電等離子體技術(shù)的研究、教學(xué)以及應(yīng)用起到推動(dòng)作用。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格低廉，適合批量生產(chǎn)，由于無(wú)需真空裝置，可適于工業(yè)上的流水作業(yè)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1、同軸介質(zhì)管，2、金屬棒電極，3、平板電極，4、交流高壓電源，5、直流高壓電源，6、鎮(zhèn)流電阻，7、氣瓶，8、氣閥，9、氣壓表，10、流量計(jì)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1: 如圖1所示，本發(fā)明直流輝光放電裝置包括有同軸介質(zhì)管1、金屬棒電極2、平板電極3、供氣系統(tǒng)和高壓電源。其中，由同軸介質(zhì)管I和金屬棒電極2組成介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)，由平板電極3和金屬棒電極2組成輝光放電系統(tǒng)。其中，同軸介質(zhì)管I為帶軸向中心內(nèi)腔且截面呈U形的雙層管狀密閉容器體，在該密閉容器體中充滿導(dǎo)電液體(該導(dǎo)電液體可以是水)，在密閉容器體的側(cè)壁上開(kāi)有通向中心內(nèi)腔的進(jìn)氣口，用以供氣系統(tǒng)灌注工作氣體。同軸介質(zhì)管I的內(nèi)徑，可根據(jù)通入的氣體流量的大小進(jìn)行設(shè)定。金屬棒電極2為直柄細(xì)針體結(jié)構(gòu)，固定于同軸介質(zhì)管I中，即金屬棒電極2從同軸介質(zhì)管I的封口端一側(cè)穿入并穿接固定在同軸介質(zhì)管I的中心內(nèi)腔中，位于同軸介質(zhì)管I的軸心線上。金屬棒電極2的前端位于同軸介質(zhì)管I中心內(nèi)腔的敞口端處,該敞口端也是工作氣體的出氣口，金屬棒電極2的后端接地。金屬棒電極2用鎢、銅等金屬材料制成，其長(zhǎng)度和直徑可根據(jù)同軸介質(zhì)管I的長(zhǎng)度和內(nèi)徑的大小進(jìn)行設(shè)定，其直徑一般控制在0.5-50mm范圍內(nèi)，其長(zhǎng)度一般控制在使電極前端與同軸介質(zhì)管I敞口端的管口相齊平。平板電極3位于同軸介質(zhì)管I敞口端的外側(cè)，可采用銅、鋁等金屬制作成圓形或方形等幾何形狀。平板電極3的直徑(長(zhǎng)度或?qū)挾?需大于金屬棒電極2的直徑。同軸介質(zhì)管I開(kāi)口端中的金屬棒電極2與平板電極3之間的距離為I一200mm。供氣系統(tǒng)由氣瓶7或者氣泵通過(guò)供氣管路和進(jìn)氣口向同軸介質(zhì)管I供氣，在供氣管路上設(shè)置有流量計(jì)10、氣壓表9和氣閥8。供氣系統(tǒng)向進(jìn)氣口提供的工作氣體為空氣、氬氣、氮?dú)饣蚝庵械囊环N，或是任意兩種或兩種以上、任意比例的混合氣體。高壓電源包括有與同軸介質(zhì)管I內(nèi)部導(dǎo)電液體電連接的交流高壓電源4和與平板電極3電連接的直流高壓電源5。交流高壓電源4的高壓輸出端通過(guò)導(dǎo)線伸入到同軸介質(zhì)管I內(nèi)的導(dǎo)電液體內(nèi)。在直流高壓電源5與平板電極3之間連接有鎮(zhèn)流電阻6，該鎮(zhèn)流電阻6的阻值為10 — IOOOk Ω。直流高壓電源5的參數(shù)為:電壓O— ±50kV，電流O — 400mA，功率O — 600W。交流高壓電源4的參數(shù)為:頻率O — 50MHz，電壓O — ±50kV。同軸介質(zhì)管1、金屬棒電極2和平板電極3均可根據(jù)具體需要增大或者縮小尺寸，或者改變形狀，也可以并聯(lián)多個(gè)，以增加輝光放電的面積或者體積。本發(fā)明的優(yōu)選方案是:同軸介質(zhì)管I的管長(zhǎng)為150mm,夕卜層管的直徑為13mm,內(nèi)層管的直徑為7mm ;同軸雙層玻璃管2封口端接導(dǎo)線；金屬棒電極2采用鎢針制成，直徑為Imm,長(zhǎng)度為170mm ;平板電極3采用銅制成,其直徑為IOOmm ;放電氣隙即同軸介質(zhì)管I開(kāi)口一端的金屬棒電極2的端部與平板電極3的距離設(shè)為50mm ;直流高壓電源5的電壓為15kV的負(fù)高壓，電流為13mA ;交流高壓電源4的電壓為IOkV ;電路中鎮(zhèn)流電阻6的阻值為500kQ ;采用氣瓶7供氣，所供氣體采用氬氣，流量為3L/min。實(shí)施例2:
本發(fā)明產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的方法是:設(shè)置一個(gè)帶軸向中心內(nèi)腔且截面呈U形的雙層管狀密閉容器體的同軸介質(zhì)管1，在密閉容器體中充滿導(dǎo)電液體，在密閉容器體的側(cè)壁上開(kāi)有通向中心內(nèi)腔的進(jìn)氣口。設(shè)置一個(gè)金屬棒電極2,將金屬棒電極2從同軸介質(zhì)管I的封口端穿入同軸介質(zhì)管I的中心內(nèi)腔中，并將金屬棒電極2后端接地、前端設(shè)置在同軸介質(zhì)管I中心內(nèi)腔的敞口端。
在同軸介質(zhì)管I敞口端的外側(cè)設(shè)置一個(gè)平板電極3。將供氣系統(tǒng)與進(jìn)氣口相連接。將交流高壓電源4的一端電極接入同軸介質(zhì)管I的內(nèi)部導(dǎo)電液體中，將平板電極3通過(guò)鎮(zhèn)流電阻6與直流高壓電源5的負(fù)極相接。通過(guò)供氣系統(tǒng)向同軸介質(zhì)管I輸入工作氣體；分別打開(kāi)直流高壓電源5和交流高壓電源4的開(kāi)關(guān)(次序不分先后)后，在金屬棒電極2與同軸介質(zhì)管I之間產(chǎn)生介質(zhì)阻擋放電，利用介質(zhì)阻擋放電中產(chǎn)生的活性粒子及紫外光電離點(diǎn)燃，即在金屬棒電極2與平板電極3之間產(chǎn)生直流輝光放電，形成大氣隙的輝光等離子體。在直流輝光放電產(chǎn)生之后，可以關(guān)閉交流高壓電源4，停止介質(zhì)阻擋放電，以節(jié)約能源。實(shí)施例3:
本發(fā)明直流輝光放電裝置還可通過(guò)另外一種方式來(lái)完成:將金屬棒電極一端接地，并在金屬棒電極另一端的外側(cè)設(shè)置有與直流高壓電源電連接的平板電極；在金屬棒電極的上半部分包裹有陶瓷板類的絕緣介質(zhì)，在該絕緣介質(zhì)的外側(cè)設(shè)置有與交流高壓電源連接的鋁片或其他導(dǎo)電介質(zhì)。這樣，由鋁片、陶瓷板和金屬棒電極組成交流高壓的介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)，并通過(guò)平板電極和上述金屬棒電極組成直流高壓的輝光放電系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)在大氣壓下通過(guò)介質(zhì)阻擋放電中產(chǎn)生的活性粒子及紫外光電離點(diǎn)燃金屬棒電極與平板電極之間的直流放電通道，從而產(chǎn)生較大氣隙間距的持續(xù)性的直流輝光放電。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的方法，其特征在于，設(shè)置一個(gè)帶軸向中心內(nèi)腔且截面呈U形的雙層管狀密閉容器體的同軸介質(zhì)管，在所述密閉容器體中充滿導(dǎo)電液體，在所述密閉容器體的側(cè)壁上開(kāi)有通向中心內(nèi)腔的進(jìn)氣口； 設(shè)置一個(gè)金屬棒電極，將金屬棒電極從所述同軸介質(zhì)管的封口端穿入所述同軸介質(zhì)管的中心內(nèi)腔中，并將所述金屬棒電極后端接地，前端設(shè)置在所述同軸介質(zhì)管中心內(nèi)腔的敞口端的； 在同軸介質(zhì)管敞口端的外側(cè)設(shè)置一個(gè)平板電極； 將供氣系統(tǒng)與所述進(jìn)氣口相連接的； 將所述同軸介質(zhì)管內(nèi)部導(dǎo)電液體與交流高壓電源的輸出端電連接，將平板電極與直流高壓電源的輸出端電連接； 通過(guò)供氣系統(tǒng)向同軸介質(zhì)管輸入工作氣體；打開(kāi)直流高壓電源的開(kāi)關(guān)和交流高壓電源的開(kāi)關(guān)(可先打開(kāi)直流高壓電源或交流高壓電源的開(kāi)關(guān))，產(chǎn)生介質(zhì)阻擋放電利用介質(zhì)阻擋放電中產(chǎn)生的活性粒子及紫外光電離點(diǎn)燃金屬棒電極與平板電極之間直流輝光放電。
2.—種產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的裝置,其特征在于,包括有介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)、輝光放電系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)和高壓電源； 所述介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)包括有同軸介質(zhì)管和金屬棒電極，所述同軸介質(zhì)管為帶軸向中心內(nèi)腔且截面呈U形的雙層管狀密閉容器體，在所述密閉容器體中充滿導(dǎo)電液體，在所述密閉容器體的側(cè)壁上開(kāi)有通向中心內(nèi)腔、與所述供氣系統(tǒng)相連接的進(jìn)氣口 ；所述金屬棒電極從所述同軸介質(zhì)管的封口端穿入所述同軸介質(zhì)管的中心內(nèi)腔中，所述金屬棒電極的前端位于所述同軸介質(zhì)管中心內(nèi)腔的敞口端處，所述金屬棒電極的后端接地； 所述輝光放電系統(tǒng)包括有所述金屬棒電極和位于所述同軸介質(zhì)管敞口端的外側(cè)的平板電極； 所述高壓電源包括有與所述同軸介質(zhì)管內(nèi)部導(dǎo)電液體電連接的交流高壓電源和與所述平板電極電連接的直流高壓電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的裝置，其特征在于，所述金屬棒電極位于所述同軸介質(zhì)管的軸心線上，所述金屬棒電極的直徑為0.5一50mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的裝置，其特征在于，所述平板電極直徑或?qū)挾却笥诮饘侔綦姌O的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的裝置，其特征在于，所述同軸介質(zhì)管與所述平板電極之間的間距為1一200mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的裝置，其特征在于，所述直流高壓電源的電壓為O— ±50kV，電流為0 — 400mA，功率為0— 600W ;所述交流高壓電源的頻率為 0 — 50MHz，電壓為 0— ±50kV。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的裝置，其特征在于，所述直流高壓電源與所述平板電極之間連接有鎮(zhèn)流電阻，所述鎮(zhèn)流電阻的阻值為10 — 1000kQ。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的裝置，其特征在于，所述供氣系統(tǒng)由氣瓶或者氣泵通過(guò)供氣管路向所述同軸介質(zhì)管的進(jìn)氣口供氣，在所述供氣管路上設(shè)置有流量計(jì)、氣壓表和氣閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的裝置，其特征在于，所述供氣系統(tǒng)向所述進(jìn)氣口提供的工作氣體為空氣、氬氣、氮?dú)饣蚝庵械囊环N，或是任意兩種以上的混合體 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生大氣壓直流輝光放電的方法及其專用裝置，其裝置的結(jié)構(gòu)包括有介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)、輝光放電系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)和高壓電源；所述介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)包括有同軸介質(zhì)管和金屬棒電極；所述輝光放電系統(tǒng)包括有所述金屬棒電極和位于所述同軸介質(zhì)管敞口端的外側(cè)的平板電極；所述高壓電源包括有與所述同軸介質(zhì)管內(nèi)部導(dǎo)電液體電連接的交流高壓電源和與所述平板電極電連接的直流高壓電源。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格低廉，適合批量生產(chǎn)，由于無(wú)需真空裝置，可適于工業(yè)上的流水作業(yè)，也可廣泛應(yīng)用于材料制備、表面處理、材料蝕刻、臭氧合成、水處理、脫硫脫氮、殺菌消毒等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H05H1/26GK103179772SQ20131007389
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者李雪辰, 趙歡歡 申請(qǐng)人:河北大學(xué)