一种滑动弧放电等离子体射流发生装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种滑动弧放电等离子体射流发生装置及方法，所述装置包括等离子体发生器、外部电源和外部气源。所述等离子体发生器包括带锥形出口的管状外电极、中心电极和空心的绝缘支撑柱，其主要特征在于：所述管状外电极为集腔体、锥形喷嘴、进气口和接地电极于一体的成型加工设计，锥形喷嘴结构有利于控制起弧只发生在出口处，并具有束流作用；所述外部气源为空气或氧气，其中空气可由空气压缩机现场提供。等离子体发生器在高电压作用下所述两个电极之间距离最窄处放电起弧，并在一定流速的空气或氧气驱动下喷出腔外形成等离子体射流。针对不同的处理对象及应用领域可提供不同的工作参数。
【专利说明】
一种滑动弧放电等离子体射流发生装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种等离子体射流发生装置及方法，具体为空气或氧气驱动的滑动弧结构放电低温等离子体射流发生装置及方法。
【背景技术】
[0002]大气压非平衡等离子体具有电子温度高、重粒子的平动温度较低的特点，且可以在大气压或高于大气压的条件下产生，因此无需真空系统就可以在较低的温度下获得化学反应所需要的活性粒子，它还具有特殊的光、热、声、电等物理过程及化学过程。大气压非平衡等离子体在废水废气处理、杀菌消毒、材料表面改性、有机物氧化处理、薄膜沉积等领域具有广阔应用前景，尤其是在杀菌方面与药物杀灭相比具有更好的安全性，且不会产生二次污染。
[0003]大气压非平衡等离子体的产生方法和传统的热等离子体、冷等离子体的产生方法不同。目前常用的方法有惰性气体辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、微波放电和滑动弧放电等。滑动弧放电方式与其它几种放电方式相比可以利用空气流量形成等离子体射流，更有利于非平衡等离子体的应用。研究表明滑动弧产生的等离子体区域表现出明显的非平衡性，80%以上的输入电能通过非平衡等离子体刺激化学反应效率的提高，因此滑动弧放电能量利用率很高，从而能产生更多种类与数量的活性粒子。由于滑动弧放电只需空气驱动即可产生射流，空气成本低、无污染且容易获得，尤其适合消毒杀菌应用及水面微生物的灭活处理。滑动弧放电产生的大量活性氧离子、高能自由基团等成分，极易与细菌、霉菌及芽孢、病毒中蛋白质和核酸物质发生氧化反应而变性，使各类微生物死亡。如血吸虫尾蝴通常以静态方式浮在水面上，滑动弧放电等离子体射流可直接作用于血吸虫尾蝴而达到灭活的目的，这样不仅可以避免药物对人体造成的副作用，也不会对环境造成破坏。
[0004]滑动弧放电装置通常由2个刀型电极构成，并在电极间最窄处击穿形成滑动电弧。这种刀型电极构成的滑动弧放电装置结构不够灵活、紧凑、便携及稳定，因此不利于放大于实际应用尤其是在水面微生物处理上的应用和野外应用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种结构简单、灵活、紧凑、结实、便携且放电稳定的大气压滑动弧放电等离子体射流发生方法及装置，产生的等离子体射流可应用于消毒杀菌等方面，尤其适合于水面微生物的处理及其野外现场应用。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:本发明所涉及滑动弧放电等离子体射流装置包括等离子体发生器、外部电源和外部气源;所述等离子体发生器包括带锥形出口的管状外电极、中心电极和空心的绝缘支撑柱，所述绝缘支撑柱起支撑和固定所述管状外电极和所述中心电极作用，所述中心电极插入所述绝缘支撑柱中心作为高压电极，所述管状外电极作为接地电极同时具有束流作用，所述两个电极分别连接到所述外部电源的两极;所述外部电源为5kHz?30kHz的交流电源或脉冲电源;所述外部气源为空气或氧气，通过导气管进入等离子体发生器。
[0007]滑动弧放电等离子体射流装置，其特征在于:所述管状外电极为集腔体、锥形喷嘴、进气口和接地电极于一体的成型加工设计，结构简单且性能可靠稳定;所述管状外电极主体为内径6?20mm、壁厚I?8mm的金属管，出口为内径4?18mm的锥形结构，有利于控制起弧只发生在出口处，并具有束流作用;所述中心电极为外径I?1mm的不锈钢针、钨丝等金属电极;所述绝缘支撑柱中心开孔用于固定所述中心电极;所述两个电极分别连接到所述外部电源的两极，由于放电回路在等离子体发生器腔内形成而受外界干扰较小，因此有利于形成稳定的等离子体射流，且所述管状外电极通过电源的地端接地，以保证装置安全;所述外部电源为5kHz?30kHz的交流电源或脉冲电源;所述外部气源为空气或氧气，可由储气瓶提供，其中空气也可由空气压缩机现场提供，通过导气管进入等离子体发生器。
[0008]等离子体发生器在高电压作用下所述两个电极之间距离最窄处放电起弧，并在一定流速的空气或氧气驱动下喷出腔外形成等离子体射流。由于所述电源为交流或脉冲电源，从而抑制了弧放电发展为火花放电，形成的等离子体射流仍维持在低温状态。本装置能在大气压下且气源为空气或氧气时稳定工作，并保持等离子体射流温度为室温或略高于室温。本装置产生的等离子体射流面积、长度、强度可通过电源电参数及气体流速进行调节，也可对发生器进行整体放大，针对不同的处理对象及应用领域可提供不同的工作参数。
[0009]本装置的使用有利于简化放电结构，使装置更加灵活、紧凑、结实、便携，并能提供稳定的弧放电等离子体射流。由于滑动弧放电只需空气或氧气驱动即可产生射流，特别是空气成本低、无污染且容易获得，因此本发明将大大提高低温等离子体的应用范围，尤其适合于消毒杀菌应用及水面微生物的灭活处理。
【附图说明】
[0010]图1为滑动弧放电等离子体射流装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]如图1所示。本发明所涉及滑动弧放电等离子体射流装置包括等离子体发生器、夕卜部电源I和外部气源6;所述等离子体发生器包括带锥形出口的管状外电极3、中心电极2和空心的绝缘支撑柱4，所述绝缘支撑柱4起支撑和固定所述电极2和3的作用，所述中心电极2插入所述绝缘支撑柱4中心作为高压电极，所述管状外电极3作为接地电极并提供气体通道，所述两个电极2和3分别连接到所述外部电源I的两极;所述外部电源I为5kHz?30kHz的交流电源或脉冲电源;所述外部气源6为空气或氧气。其特征在于:所述管状外电极3为集腔体、锥形喷嘴、进气口和接地电极于一体的成型加工设计，结构简单且性能可靠稳定;所述管状外电极3主体为内径6?20mm、壁厚I?8mm的金属管，出口为内径4?18mm的锥形结构，有利于控制起弧只发生在出口处，并具有束流作用;所述中心电极2为外径I?1mm的不锈钢针、钨丝等金属电极;所述绝缘支撑柱4中心开孔用于固定所述中心电极2。所述外部气源6为空气或氧气，可由储气瓶提供，其中空气也可由空气压缩机现场提供，通过导气管进入等离子体发生器。
[0012]等离子体发生器在高电压作用下所述两个电极2和3之间距离最窄处放电起弧，并在一定流速的空气或氧气驱动下喷出腔外形成等离子体射流5。由于放电回路在等离子体发生器腔内形成而受外界干扰较小，因此有利于形成稳定的等离子体射流5，且所述管状外电极3通过电源的地端接地，以保证装置安全。由于所述外部电源I为交流或脉冲电源，从而抑制了弧放电发展为火花放电，形成的等离子体射流仍维持在低温状态。本装置能在大气压下且外部气源6为空气或氧气时稳定工作，并保持等离子体射流5温度为室温或略高于室温。本装置产生的等离子体射流5面积、长度、强度可通过外部电源I的电参数及外部气源6的气体流速进行调节，也可对发生器进行整体放大，针对不同的处理对象及应用领域可提供不同的工作参数。
【主权项】
1.一种滑动弧放电等离子体射流发生装置，所述装置包括等离子体发生器、外部电源和外部气源，其特征在于:所述等离子体发生器包括带锥形出口的管状外电极、中心电极和空心的绝缘支撑柱，所述绝缘支撑柱起支撑和固定所述管状外电极和所述中心电极作用，所述中心电极插入所述绝缘支撑柱中心作为高压电极，所述管状外电极作为接地电极同时具有束流作用，所述两个电极分别连接到所述外部电源的两极；所述外部电源为5kHz?30kHz的交流电源或脉冲电源;所述外部气源为空气或氧气，可由储气瓶提供，其中空气也可由空气压缩机现场提供。2.—种如权利要求1所述的滑动弧放电等离子体射流装置，其特征在于:所述管状外电极为集腔体、锥形喷嘴、进气口和接地电极于一体的成型加工设计;所述管状外电极主体为内径6?20mm、壁厚I?8mm的金属管，出口为内径4?18mm的锥形结构，有利于控制起弧只发生在出口处;所述中心电极为外径I?1mm的金属电极;所述绝缘支撑柱中心开孔用于固定所述中心电极。3.—种如权利要求1所述的滑动弧放电等离子体射流装置的滑动弧放电发生方法，其特征在于:在高电压作用下所述管状外电极和所述中心电极之间距离最窄处放电起弧，并在一定流速的空气或氧气驱动下喷出腔外形成等离子体射流。
【文档编号】H05H1/34GK106028616SQ201610549334
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】王兴权, 陈维, 王凤鹏, 黄骏, 汪廷华
【申请人】赣南师范学院