专利名称：产生大气压直流辉光放电的方法及其专用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低温等离子放电方法，具体地说是一种产生大气压直流辉光放电的方法及其专用装置。
背景技术：
直流辉光等离子体技术因为结构简单、成本较低、使用方便而在工业领域得到广泛的应用。在国内外，关于直流辉光等离子体技术已经有一定的研究和应用。但现有技术和方法在产生辉光等离子体过程中存在一定的缺陷:一是现有的大间隙的直流辉光放电一般是在低气压下实现的，这就需要增设真空装置，从而增加了放电装置的结构复杂性，不利于等离子体技术的应用；二是目前大气压辉光放电仅在毫米量级的小气隙中实现，这无疑也限制了该技术的应用。
发明内容
本发明的目的之一就是提供一种产生大气压直流辉光放电的方法，以产生大间隙的辉光等离子体，满足工业生产的使用需要。本发明的目的之二就是提供一种产生大气压直流辉光放电的专用装置，以解决现有大气压直流辉光放电装置放电间隙较小的问题。本发明的目的之一是这样实现的:一种产生大气压直流辉光放电的方法，设置一个带轴向中心内腔且截面呈U形的双层管状密闭容器体的同轴介质管，在所述密闭容器体中充满导电液体，在所述密闭容器体的侧壁上开有通向中心内腔的进气口；
设置一个金属棒电极，将金属棒电极从所述同轴介质管的封口端穿入所述同轴介质管的中心内腔中，并将所述金属棒电极后端接地，前端设置在所述同轴介质管中心内腔的敞口端的；
在同轴介质管敞口端的外侧设置一个平板电极；
将供气系统与所述进气口相连接的；
将所述同轴介质管内部导电液体与交流高压电源的输出端电连接，将平板电极与直流高压电源的输出端电连接；
通过供气系统向同轴介质管输入工作气体；打开直流高压电源的开关和交流高压电源的开关(可先打开直流高压电源或交流高压电源的开关)，产生介质阻挡放电利用介质阻挡放电中产生的活性粒子及紫外光电离点燃金属棒电极与平板电极之间直流辉光放电。本发明通过同轴介质管和金属棒电极组成交流高压的介质阻挡放电系统，并通过平板电极和上述金属棒电极组成直流高压的辉光放电系统，以实现在大气压下通过介质阻挡放电中产生的活性粒子及紫外光电离点燃金属棒电极与平板电极之间的直流放电通道，从而产生较大气隙间距的持续性的直流辉光放电，此时，可以将交流高压电源断开，以节约能源。本发明采用双电源放电模式，可以并联多个放电单元，从而进一步扩大直流辉光放电等离子体的体积，设备成本低，运行费用低且稳定，并可以通过其它实验仪器对放电参数进行检测。本发明的目的之二是这样实现的:一种产生大气压直流辉光放电的专用装置，包括有介质阻挡放电系统、辉光放电系统、供气系统和高压电源；所述介质阻挡放电系统包括有同轴介质管和金属棒电极，所述同轴介质管为带轴向中心内腔且截面呈U形的双层管状密闭容器体，在所述密闭容器体中充满导电液体，在所述密闭容器体的侧壁上开有通向中心内腔、与所述供气系统相连接的进气口 ；所述金属棒电极从所述同轴介质管的封口端穿入所述同轴介质管的中心内腔中，所述金属棒电极的前端位于所述同轴介质管中心内腔的敞口端处，所述金属棒电极的后端接地；所述辉光放电系统包括有所述金属棒电极和位于所述同轴介质管敞口端的外侧的平板电极；所述高压电源包括有与所述同轴介质管内部导电液体电连接的交流高压电源和与所述平板电极电连接的直流高压电源。所述金属棒电极位于所述同轴介质管的轴心线上，所述金属棒电极的直径为
0.5——50mmo所述平板电极直径或宽度大于金属棒电极的直径。所述同轴介质管与所述平板电极之间的间距为I一200mm。所述直流高压电源的电压为O— ±50kV，电流为O — 400mA，功率为O — 600W ;所述交流高压电源的频率为O — 50MHz，电压为O— ±50kV。所述直流高压电源与所述平板电极之间连接有镇流电阻，所述镇流电阻的阻值为 10—IOOOkQ。所述供气系统由气瓶或者气泵通过供气管路向所述同轴介质管的进气口供气，在所述供气管路上设置有流量计、气压表和气阀。所述供气系统向所述进气口提供的工作气体为空气、氩气、氮气或氦气中的一种，或是任意两种以上的混合体。本发明的独特优点是:通过介质阻挡放电点燃直流辉光放电，使本发明能够在大气压下产生大间隙放电均匀且性能稳定的直流辉光放电。该直流辉光放电产生后，可以关闭介质阻挡放电，以节约能源。工作气体、电极距离等均可以作为物理参量来调节等离子体参数，从而可以根据需要产生特定等离子体参数的直流辉光放电，能够在较大气隙中获得较大体积的等离子体，因此具有广泛的应用前景，可广泛应用于材料制备、表面处理、材料蚀刻、臭氧合成、水处理、脱硫脱氮、杀菌消毒等领域。此外，本发明对辉光放电等离子体技术的研究、教学以及应用起到推动作用。本发明结构简单、操作方便、价格低廉，适合批量生产，由于无需真空装置，可适于工业上的流水作业。
图1是本发明的结构示意图。图中:1、同轴介质管，2、金属棒电极，3、平板电极，4、交流高压电源，5、直流高压电源，6、镇流电阻，7、气瓶，8、气阀，9、气压表，10、流量计。
具体实施例方式实施例1: 如图1所示，本发明直流辉光放电装置包括有同轴介质管1、金属棒电极2、平板电极3、供气系统和高压电源。其中，由同轴介质管I和金属棒电极2组成介质阻挡放电系统，由平板电极3和金属棒电极2组成辉光放电系统。其中，同轴介质管I为带轴向中心内腔且截面呈U形的双层管状密闭容器体，在该密闭容器体中充满导电液体(该导电液体可以是水)，在密闭容器体的侧壁上开有通向中心内腔的进气口，用以供气系统灌注工作气体。同轴介质管I的内径，可根据通入的气体流量的大小进行设定。金属棒电极2为直柄细针体结构，固定于同轴介质管I中，即金属棒电极2从同轴介质管I的封口端一侧穿入并穿接固定在同轴介质管I的中心内腔中，位于同轴介质管I的轴心线上。金属棒电极2的前端位于同轴介质管I中心内腔的敞口端处,该敞口端也是工作气体的出气口，金属棒电极2的后端接地。金属棒电极2用钨、铜等金属材料制成，其长度和直径可根据同轴介质管I的长度和内径的大小进行设定，其直径一般控制在0.5-50mm范围内，其长度一般控制在使电极前端与同轴介质管I敞口端的管口相齐平。平板电极3位于同轴介质管I敞口端的外侧，可采用铜、铝等金属制作成圆形或方形等几何形状。平板电极3的直径(长度或宽度)需大于金属棒电极2的直径。同轴介质管I开口端中的金属棒电极2与平板电极3之间的距离为I一200mm。供气系统由气瓶7或者气泵通过供气管路和进气口向同轴介质管I供气，在供气管路上设置有流量计10、气压表9和气阀8。供气系统向进气口提供的工作气体为空气、氩气、氮气或氦气中的一种，或是任意两种或两种以上、任意比例的混合气体。高压电源包括有与同轴介质管I内部导电液体电连接的交流高压电源4和与平板电极3电连接的直流高压电源5。交流高压电源4的高压输出端通过导线伸入到同轴介质管I内的导电液体内。在直流高压电源5与平板电极3之间连接有镇流电阻6，该镇流电阻6的阻值为10 — IOOOk Ω。直流高压电源5的参数为:电压O— ±50kV，电流O — 400mA，功率O — 600W。交流高压电源4的参数为:频率O — 50MHz，电压O — ±50kV。同轴介质管1、金属棒电极2和平板电极3均可根据具体需要增大或者缩小尺寸，或者改变形状，也可以并联多个，以增加辉光放电的面积或者体积。本发明的优选方案是:同轴介质管I的管长为150mm,夕卜层管的直径为13mm,内层管的直径为7mm ;同轴双层玻璃管2封口端接导线；金属棒电极2采用钨针制成，直径为Imm,长度为170mm ;平板电极3采用铜制成,其直径为IOOmm ;放电气隙即同轴介质管I开口一端的金属棒电极2的端部与平板电极3的距离设为50mm ;直流高压电源5的电压为15kV的负高压，电流为13mA ;交流高压电源4的电压为IOkV ;电路中镇流电阻6的阻值为500kQ ;采用气瓶7供气，所供气体采用氩气，流量为3L/min。实施例2:
本发明产生大气压直流辉光放电的方法是:设置一个带轴向中心内腔且截面呈U形的双层管状密闭容器体的同轴介质管1，在密闭容器体中充满导电液体，在密闭容器体的侧壁上开有通向中心内腔的进气口。设置一个金属棒电极2,将金属棒电极2从同轴介质管I的封口端穿入同轴介质管I的中心内腔中，并将金属棒电极2后端接地、前端设置在同轴介质管I中心内腔的敞口端。
在同轴介质管I敞口端的外侧设置一个平板电极3。将供气系统与进气口相连接。将交流高压电源4的一端电极接入同轴介质管I的内部导电液体中，将平板电极3通过镇流电阻6与直流高压电源5的负极相接。通过供气系统向同轴介质管I输入工作气体；分别打开直流高压电源5和交流高压电源4的开关(次序不分先后)后，在金属棒电极2与同轴介质管I之间产生介质阻挡放电，利用介质阻挡放电中产生的活性粒子及紫外光电离点燃，即在金属棒电极2与平板电极3之间产生直流辉光放电，形成大气隙的辉光等离子体。在直流辉光放电产生之后，可以关闭交流高压电源4，停止介质阻挡放电，以节约能源。实施例3:
本发明直流辉光放电装置还可通过另外一种方式来完成:将金属棒电极一端接地，并在金属棒电极另一端的外侧设置有与直流高压电源电连接的平板电极；在金属棒电极的上半部分包裹有陶瓷板类的绝缘介质，在该绝缘介质的外侧设置有与交流高压电源连接的铝片或其他导电介质。这样，由铝片、陶瓷板和金属棒电极组成交流高压的介质阻挡放电系统，并通过平板电极和上述金属棒电极组成直流高压的辉光放电系统，以实现在大气压下通过介质阻挡放电中产生的活性粒子及紫外光电离点燃金属棒电极与平板电极之间的直流放电通道，从而产生较大气隙间距的持续性的直流辉光放电。
权利要求
1.一种产生大气压直流辉光放电的方法，其特征在于，设置一个带轴向中心内腔且截面呈U形的双层管状密闭容器体的同轴介质管，在所述密闭容器体中充满导电液体，在所述密闭容器体的侧壁上开有通向中心内腔的进气口； 设置一个金属棒电极，将金属棒电极从所述同轴介质管的封口端穿入所述同轴介质管的中心内腔中，并将所述金属棒电极后端接地，前端设置在所述同轴介质管中心内腔的敞口端的； 在同轴介质管敞口端的外侧设置一个平板电极； 将供气系统与所述进气口相连接的； 将所述同轴介质管内部导电液体与交流高压电源的输出端电连接，将平板电极与直流高压电源的输出端电连接； 通过供气系统向同轴介质管输入工作气体；打开直流高压电源的开关和交流高压电源的开关(可先打开直流高压电源或交流高压电源的开关)，产生介质阻挡放电利用介质阻挡放电中产生的活性粒子及紫外光电离点燃金属棒电极与平板电极之间直流辉光放电。
2.—种产生大气压直流辉光放电的装置,其特征在于,包括有介质阻挡放电系统、辉光放电系统、供气系统和高压电源； 所述介质阻挡放电系统包括有同轴介质管和金属棒电极，所述同轴介质管为带轴向中心内腔且截面呈U形的双层管状密闭容器体，在所述密闭容器体中充满导电液体，在所述密闭容器体的侧壁上开有通向中心内腔、与所述供气系统相连接的进气口 ；所述金属棒电极从所述同轴介质管的封口端穿入所述同轴介质管的中心内腔中，所述金属棒电极的前端位于所述同轴介质管中心内腔的敞口端处，所述金属棒电极的后端接地； 所述辉光放电系统包括有所述金属棒电极和位于所述同轴介质管敞口端的外侧的平板电极； 所述高压电源包括有与所述同轴介质管内部导电液体电连接的交流高压电源和与所述平板电极电连接的直流高压电源。
3.根据权利要求2所述的产生大气压直流辉光放电的装置，其特征在于，所述金属棒电极位于所述同轴介质管的轴心线上，所述金属棒电极的直径为0.5一50mm。
4.根据权利要求2所述的产生大气压直流辉光放电的装置，其特征在于，所述平板电极直径或宽度大于金属棒电极的直径。
5.根据权利要求2所述的产生大气压直流辉光放电的装置，其特征在于，所述同轴介质管与所述平板电极之间的间距为1一200mm。
6.根据权利要求2所述的产生大气压直流辉光放电的装置，其特征在于，所述直流高压电源的电压为O— ±50kV，电流为0 — 400mA，功率为0— 600W ;所述交流高压电源的频率为 0 — 50MHz，电压为 0— ±50kV。
7.根据权利要求6所述的产生大气压直流辉光放电的装置，其特征在于，所述直流高压电源与所述平板电极之间连接有镇流电阻，所述镇流电阻的阻值为10 — 1000kQ。
8.根据权利要求2所述的产生大气压直流辉光放电的装置，其特征在于，所述供气系统由气瓶或者气泵通过供气管路向所述同轴介质管的进气口供气，在所述供气管路上设置有流量计、气压表和气阀。
9.根据权利要求8所述的产生大气压直流辉光放电的装置，其特征在于，所述供气系统向所述进气口提供的工作气体为空气、氩气、氮气或氦气中的一种，或是任意两种以上的混合体 。
全文摘要
本发明涉及一种产生大气压直流辉光放电的方法及其专用装置，其装置的结构包括有介质阻挡放电系统、辉光放电系统、供气系统和高压电源；所述介质阻挡放电系统包括有同轴介质管和金属棒电极；所述辉光放电系统包括有所述金属棒电极和位于所述同轴介质管敞口端的外侧的平板电极；所述高压电源包括有与所述同轴介质管内部导电液体电连接的交流高压电源和与所述平板电极电连接的直流高压电源。本发明结构简单、操作方便、价格低廉，适合批量生产，由于无需真空装置，可适于工业上的流水作业，也可广泛应用于材料制备、表面处理、材料蚀刻、臭氧合成、水处理、脱硫脱氮、杀菌消毒等领域。
文档编号H05H1/26GK103179772SQ20131007389
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月8日 优先权日2013年3月8日
发明者李雪辰, 赵欢欢 申请人:河北大学