一种可调局域电场结构的大气压等离子体射流点火器的制作方法

本实用新型涉及一种可调局域电场结构的大气压等离子体射流点火器。

背景技术：

等离子体是由大量处于非束缚状态的带电粒子和中性粒子组成并且具有宏观空间与时间尺度的准中性体系。1998年，美国加利福尼亚大学Hicks课题组首次研制出在大气压条件下产生非平衡等离子体的放电反应器装置，并将其命名为大气压等离子体射流。大气压等离子体射流能在空气中产生高化学活性的非平衡放电等离子体，在杀菌消毒、伤口愈合、癌症治疗等生物医学应用以及材料表面改性、等离子体辅助点火和燃烧等方面有广阔的实践应用前景和重要的科学研究意义。大气压等离子体射流的机理、特性和应用优化成为等离子体物理、气体放电和电磁场与微波技术等学科交叉领域的研究热点和前沿课题。

根据反应器的电极结构和气流与电场的方向关系，现有的大气压等离子体射流装置可分为两类：交叉场大气压等离子体射流装置和平行场大气压等离子体射流装置。当采用平行板-板电极结构时，放电气体的流动方向垂直于局域电场方向，称为交叉场大气压等离子体射流；当采用垂直针-板电极结构时，气体流动方向平行于局域电场方向，称为平行场大气压等离子体射流。已有的研究表明，在交叉场大气压等离子体射流中，带电粒子聚集在板-板电极间的放电气隙区域，环境空气里的等离子体余辉区域主要由基态、亚稳态和激发态的中性粒子和OH等自由基构成；而在平行场大气压等离子体射流中，电子和离子在局域电场和光电离的作用下于针-板电极间形成导向电离波，导向电离波与大气压等离子体射流里的中性粒子和环境空气发生复杂的物理化学反应，并以“等离子体子弹”的形式在等离子体余辉区域中传播。

现有的平行板-板电极结构和垂直针-板电极结构限制了大气压等离子体射流装置中的局域电场方向，交叉场大气压等离子体射流的等离子体余辉区域几乎不存在带电粒子，而平形场大气压等离子体射流的等离子体余辉区域中充斥着大量的电子和离子，因此，已有的大气压等离子体射流装置难以对带电粒子的种类与密度进行有效调控。

等离子体点火助燃是利用等离子体的热增强效应、化学动力学增强效应和输运增强效应，提高点火能力和燃烧效率的新兴科学技术，在缩短点火时间、优化火焰模式和降低点火温度等方具有显著的应用效果。已有的等离子体点火装置普遍采用放电气体与可燃气体预混后通入等离子体反应器，在反应器中惰性气体与燃料气体同时在平行或交叉局域电场的作用下发生等离子体化学反应和燃烧化学反应，无法对放电过程和燃烧过程进行有效调控。

综上所述，目前对于大气压等离子体射流装置内不能存在轴向局域电场和径向局域电场，难以对带电粒子的种类与密度进行有效调控，无法对放电过程和燃烧过程进行有效调控的问题，尚缺乏有效技术方案。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种可调局域电场结构的大气压等离子体射流点火器，可产生轴向局域电场和径向局域电场，实现对带电粒子的种类与密度进行有效调控，以及对放电过程和燃烧过程进行有效调控。

本公开所采用的技术方案是：

一种可调局域电场结构的大气压等离子体射流点火器，包括空心介质管、绝缘体、空心电极、接地电极和工作电源；所述空心电极套装在绝缘体内部，所述绝缘体套装在空心介质管内上部，在外力作用下绝缘体可在空心介质管上部上下移动，从而带动空心电极上下移动来调整局域电场结构，移动的下限为固定件的上边缘，所述固定件通过螺纹与空心介质管固定；所述空心电极与工作电源连接；所述空心介质管下部的外壁上套装有接地电极；固定件下方介质管侧面开有一个与可燃气体供气源相连的可燃气体进气口。

作为本公开的进一步限定，所述空心介质管两端开口，与惰性气体供气源相连的一端为惰性进气口，另一端为射流出口。

作为本实公开的进一步限定，所述空心介质管是由石英玻璃、氧化铝陶瓷或者有机玻璃材料构成的空心管状结构。

作为本公开的进一步限定，所述接地电极是由金属铝、铜或钨制成的环状结构。

作为本公开的进一步限定，所述绝缘体是由橡胶、玻璃或陶瓷材料制成的环状结构。

作为本公开的进一步限定，所述固定件为环状垫圈。

作为本公开的进一步限定，所述工作电源为射频电源。

作为本实用新型的进一步限定，所述空心电极是由铝或铜材料制成的空心管状结构。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

(1)本公开的大气压等离子体射流点火器采用空心电极结构，外施电源的正极性端连接空心电极，接地电极置于空心介质管底端，使空心介质管内同时产生轴向局域电场和径向局域电场；

(2)本公开通过空心电极的上下移动，能够使大气压等离子体射流装置内的局域电场结构在交叉场、混合场和平行场之间转换，实现对空心介质管的等离子体余辉区域中带电粒子的种类与密度的有效控制；

(3)本公开使惰性气体从空心电极流入，可燃气体从空心介质管侧面的可燃气体进口处流入，通过空心电极的上下移动，调整局域电场结构，改变惰性气体与燃料气体在空心介质管内和等离子体余辉区域发生的等离子体化学反应和燃烧化学反应，实现对大气压等离子体射流点火器的放电过程和燃烧过程进行有效调控。

附图说明

图1是大气压等离子体射流点火器的结构示意图；

其中，1、空心介质管，2、绝缘体，3、空心电极，4、接地电极，5、固定件，6、燃气体进气口，7、惰性气体，8、可燃气体，9、等离子体，10、燃烧火焰。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实施例提供了一种可调局域电场结构的大气压等离子体射流点火器，采用空心电极结构，空心电极的位置可以上下调整，能够实现对大气压等离子体射流的等离子体余辉区域中带电粒子种类与密度的合理甄别与控制。

图1中，所述大气压等离子体射流点火器包括空心介质管1、绝缘体2、空心电极3、接地电极4和工作电源。

具体地，所述空心介质管1的两端开口，与惰性气体供气源相连的一端为惰性进气口，另一端为射流出口；所述空心电极3套装在绝缘体2内部，绝缘体3套装在空心介质管1内上部，在外力作用下绝缘体2可在空心介质管上部上下移动，从而带动空心电极3上下移动，移动的下限为固定件5的上边缘，固定件5通过螺纹与空心介质管1固定；所述空心电极3与工作电源的正极性端连接；所述空心介质管下部的外壁上套装有接地电极4；所述接地电极4接地；固定件下方介质管上开有与可燃气体供气源相连的可燃气体进气口6。

工作时，惰性气体7从空心介质管的惰性进气口经空心电极流入空心介质管内，可燃气体8从介质管的可燃气体进气口流入介质管内，通过施加电压，空心电极与接地电极之间形成放电区域，放电区域内的垂直方向上产生径向局域电场，放电区域内的水平方向上产生横向局域电场，惰性气体在放电区域内发生等离子化学反应，产生等离子体9，两接地电极之间放电产生轴向局域电场，惰性气体与可燃气体在介质管下部的等离子体余辉区域发生燃烧化学反应，产生燃烧火焰10。

在本实施例中，所述空心介质管采用石英玻璃、氧化铝陶瓷或者有机玻璃材料构成的空心管状结构。

在本实施例中，所述接地电极为环状结构，套装在介质管的外侧；所述接地电极采用铝、铜或钨等金属材料制成。

在本实施例中，所述空心电极为空心管状结构，空心电极采用铝或铜材料制成。

在本实施例中，所述惰性气体为氩气、氦气、氖气等；所述可燃气体为甲烷、氢气等。

在本实施例中，所述工作电源为射频电源。

本实施例中，所述绝缘体和固定件分别为环状结构，所述绝缘体可由橡胶、玻璃或陶瓷材料制成；所述固定件可为环状垫圈。

如图1所示，本实用新型提出的大气压等离子体射流点火器使用时，首先将空心电极2连接工作电源的正极性端，接地电极接地，工作电源施加电压，空心电极与接地电极间形成放电区域，惰性气体7从空心介质管的点火器惰性进气口经空心电极2流入空心介质管内，可燃气体8从空心介质管的可燃气体进气口6流入介质管内，惰性气体在放电区域内发生等离子化学反应，产生等离子体10，惰性气体与可燃气体在空心介质管下部的等离子体余辉区域发生燃烧化学反应，产生燃烧火焰9。

通过外力作用使绝缘体2可在空心介质管上部上下移动，从而使带动心电极3上下移动，调整空心介质管内的局域电场结构在交叉场、混合场和平行场之间转换，改变惰性气体与燃料气体在放电区域内和等离子体余辉区域发生的等离子体化学反应和燃烧化学反应，实现对放电过程和燃烧过程进行有效调控，进而实现对空心介质管下部的等离子体余辉区域中带电粒子的种类与密度的合理甄别和有效控制。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。