一种自控流复合型等离子体发生装置的制作方法

本发明属于等离子体领域，本发明具体涉及一种自控流复合型等离子体发生装置。

背景技术：

近几年等离子体高级氧化技术活跃于废气废液净化处理、生物诱变育种及杀菌消毒等应用领域，并引起人们的重点关注，是集物理化学、生物化学、生物医疗等众多前沿交叉科学于一体的新兴技术。等离子体根据其工作气体不同可产生多种强氧化性活性粒子，如o、o^-、h2o2、o3、o2^-等等，该类强氧化性活性粒子可作用于目标物体实现高效快速处理，同时放电过程中还附加产生紫外射线、电磁场、热量以及大量电子，辅助提高氧化作用效率。但随着目标物体结构、组分的复杂化、多模式化，对处理技术的可控性均匀性、产生成分的复合性、处理目标物的多样性有了更苛刻的需求，现有的单一模式等离子体技术针对该类需求虽然可根据电源电压、电流、功率、气体流速等放电系统参数进行调控，但其调控程度受到外界因素的严重限制，并且调整范围不高，同时调整参数影响放电状态进而影响活性粒子产生种类和浓度，导致处理效果不稳定。目前，急需一种自动控制放电气体流动同时能够活化介质体内物质的等离子体发生装置。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种自控流复合型等离子体发生装置，本发明旨在于提供一种不受气流影响同时能够活化介质体内物质的等离子体发生装置。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供的一种自控流复合型等离子体发生装置，包括介质管、气室、均流球、高压电极、复合型介质体、悬浮式自控地电极、自控式出气孔、挡板；介质管管体顶部设有开口，开口处设有通气管和高压电极引线孔，通气管伸入均流球内部，通过回旋性三通出气管将气体导入均流球内部并使气体螺旋扩散，均流球设在圆柱状气室内部，均流球下端设有多个气孔a与圆柱状气室连通，气体流经气孔a形成初级均流扩散，扩散后气体流经内部气室，通过气孔b流通至反应区，气体流经气孔b形成二级均流扩散；通气管将高压传递至其下方的鱼骨型高压电极，实现气管内气体的初步电离；所述的高压电极其顶端与通气管垂直末端连接，其下端骨刺结构埋入复合型介质体内部，起到多方向电离及固定复合型介质体作用；所述的悬浮式自控地电极分为上端地电极、下端地电极两部分，均埋入在介质体侧壁的空心夹层内，上端地电极固定在介质体侧壁的空心夹层上侧，并通过介质管侧壁的地电极引线口接地引线与大地相连，所述的上端地电极和下端地电极具有凸凹嵌合结构，一端地电极具有凸状结构，另一端电极具有凹状结构，凹状结构其中心内部为金属材质，两侧高台为表面为绝缘材质，凸状结构其中心为为金属材质，两侧低台为绝缘材质，弹簧ⅰ固定在两个地电极的绝缘材质上，通过下端地电极的升降高度实现悬浮地电位的控制。所述的自控式出气孔位于介质体的下端，起悬浮地电极作用。

进一步的，所述的高压电极为鱼骨型，其上方为高压电极上端电极柱，下方设有高压电极分支。

进一步的，所述的介质管是由绝缘材料制成的管体。

进一步的，所述的气孔b为六角分布通孔，该六角分布通孔呈叠替形式螺旋排列，且孔为上小下大的锥孔。

进一步的，所述的通气管垂直末端为封堵结构，通气管材质为金属材质；所述的高压电极其材质为金属材质。

进一步的，所述的复合型介质体由多孔材料叠压制成，为单层、双层、多层以及多材料混合压制中任一种，可根据要处理的目标物体进行调节；

进一步的，所述的复合型介质体内部孔洞大小为微米或纳米级。

以三层复合型介质体为例，上层介质体为承载层多孔材料，其上表面呈微凸锥形结构，增加了进气接触面积，材质为多孔石墨，实现气体流速的减缓并在孔内的有限间隙内实现气体的充分电离；中间层介质体为催化层多孔材料，材质为二氧化钛，实现放电活性物质浓度的急速提高；下层介质体为添加层多孔材料，其下表面呈现微凹锥形结构，增加出气接触面积，材质为多孔陶瓷，在其空隙内嵌入样品，实现电离活性产物的多样化，其复合型介质体在三级均流的过程中进而实现了放电活性产物种类的多元化及浓度的急剧提高。

进一步的，所述样品为有机物或无机物的溶液、固体或者可被等离子处理的物质。

进一步的，所述的挡板，可开合，呈圆形薄片，金属材质，为两片或两片以上偶数片；挡板通过连接下端地电极控制气流。

当气流流速低时，其下端自控式出气孔小，在轴和下端地电极的作用下，下端地电极与上端地电极距离较远，悬浮地电位高，填料处内部高压与挡板处的悬浮地电极形成电势，实现对内部慢速气体高效电离。当气流流速高时，其下端自控式出气孔大，在轴和下端地电极的作用下，下端地电极与上端地电极距离较近或连通，悬浮地电位低，内部高压与气口处的悬浮地形成电势获得了提高，虽然气体在工作区域内滞留时间降低了，但放电电离强度获得了极大的提高，仍能保证并实现对内部快速气体高效电离。

优选的，所述介质管是由陶瓷、石英、尼龙、聚四氟乙烯、电木中任一种材料制成。

优选的，所述介质体是由多孔石墨、多孔陶瓷、催化剂、mof中任一种材料或几种材料组合制成。

优选的，所述高压电极和地电极是由钨或铜制成的。

本发明装置在工作时，高压通过上端金属通气管连接高压电极，地通过介质管侧壁上端地电极引线口连接侧壁嵌入的悬浮地电极，下端地电极连接下端自控式出气孔处的金属开合薄片挡板，通入工作气体后，当对高压电极施加高压在介质体内产生等离子体，在不同气体流速下实现自控式出气孔不同大小的开合控制以及内部不同强度的电离控制。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1.放电能耗低：放电通过鱼骨型高压电极连通至多层复合型介质体，在介质体微米、纳米量级空隙内产生放电等离子体，放电间隙极小，对比常规间隙毫米、厘米量级放电，放电击穿电压降低约1-3kv，放电击穿能耗获得了极大的降低。

2.放电产生活性物质浓度均一且可控：①放电工作气体通过多层次均流，在出气孔处活化气体形成均匀分布；②当通入气体流速高时，相对气体在放电孔隙内滞留时间短，但通过出气孔位置悬浮地电位控制，降低地电位，提高电势差，增强电离强度，进而保证了孔隙内快速流动气体的高效活化，并在出气孔处通过出气孔位置挡板的开合控制活化后气体流速的一致性；③当通入气体流速低时，相对气体在放电孔隙内滞留时间长，但通过出气孔位置悬浮地电位控制，提高地电位，降低电势差，减弱电离强度，进而保证了孔隙内慢速流动气体与快速流动气体放电高效活化的一致性，并在出气孔处通过出气孔位置挡板的开合控制活化后气体流速的一致性，实现放电产生活性物质的均一性和可控性。

3.放电产生活性物质的多样性：放电在多层复合型介质体孔隙内产生，且上下表层呈现微凸和微凹锥形结构，增加了进出气接触面积，根据介质体叠放、材质及孔隙的差异，可选用导电石墨、光催化材料、化学催化材料及载体材料，因此可针对处理对象、固体、液体、气体等不同模式进行叠放处理，同时可通过载体和催化的叠加增强放电产物的浓度，增加放电产物的种类、提高处理效率。

附图说明

图1为本发明自控流复合型等离子体发生装置的侧视剖面示意图。

图2为本发明自控流复合型等离子体发生装置的主视图剖面示意图。

图3为本发明自控流复合型等离子体发生装置的主视图。

图4为本发明装置中均流球内部俯视图。

图5为本发明装置中内部气室内部剖面图。

图6为本发明装置中上端地电极与下端地电极连接示意图。

图7为本发明装置中高压电极具体结构示意图。

图8为本发明装置中下端地电极与挡板连接示意图。

图中1.开口，2.通气管，3.圆柱状气室，4.均流球，5.回旋性三通出气管，6.内部气室，7.高压电极，8.气孔b，9.复合型介质体，10.空心夹层，11.挡板，12.地电极，13.介质管，14.地电极引线孔，15.高压电极引线孔，16.气道，17.气孔a，18.上端地电极，19.弹簧ⅰ，20.下端地电极，21.高压电极上端电极柱，22.高压电极分支，23.固定板，24.弹簧ⅱ，25.轴，26.自控式出气孔。

具体实施方式

下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。

实施例1

如图1-8所示，一种自控流复合型等离子体发生装置，包括介质管13、气室、均流球4、高压电极7、复合型介质体9、悬浮式自控地电极、自控式出气孔26、挡板11；介质管13是由绝缘材料制成的管体，其下端管体管口开放，侧壁空心夹层10呈中空且上端不贯穿介质管13管体下端贯穿介质管13管体，空心夹层10呈长条形，空心夹层10一端位于介质管13管体上部，且与侧壁地电极引线孔14连通，电极引线孔14材质为绝缘材料；介质管管体顶部设有开口1，开口1处设有通气管2和高压电极引线孔15，通气管2由导电金属材质制成，通过回旋性三通出气管5与均流球4连通，通气管2末端置于均流球4内部，且不与其内壁接触，均流球4由绝缘材质构成，如图4所示，均流球4其下半球为多孔结构，均流球4被包覆在中空圆柱状气室3内，内部气室6下端开气孔b，且孔洞交替斜插贯穿内部气室6底部，使均流后气体产生涡流扰动，在内部气室6下方设有复合型介质体9，复合型介质体9与内部气室之间有一定间隙，高压电极7呈鱼骨型结构如图7所示，连接至通气管2回旋性三通出气管5头部，且贯穿内部气室6，其鱼骨结构埋入复合型介质体9，且末端未冒出复合型介质体9下表面，高压电极7由导电金属材质制成；复合型介质体9为多孔材料，由导电多孔材料、催化多孔材料、及载体多孔材料混合制成，其上表面呈现微凸锥形结构，其下表面呈现微凹锥形结构，复合型介质体9下端由挡板11封堵，挡板11为圆片型，圆片分为四等份，由金属材质制成，位于介质管13正下方；如图8所示，地电极12通过末端弹簧ⅱ24和轴25在气流吹动下控制开合，当气流大时，圆片挡板11垂直打开，下端地电极20上移，与上端地电极相靠近，当气流小时，圆片挡板11闭合，下端地电极20下移，与上端地电极相远离，实现气流控制地电极电位，进而实现内部不同气体流速下放电强度的控制，实现放电产生活性物种的均一和稳定。

实施例2

一种自控流复合型等离子体发生装置，包括介质管13、气室、均流球4、高压电极7、复合型介质体9、悬浮式自控地电极、自控式出气孔26、挡板11；介质管13管体顶部设有开口1，开口1处设有通气管2和高压电极引线孔15，通气管2伸入均流球4内部，通过回旋性三通出气管5将气体导入均流球4内部并使气体螺旋扩散，均流球4设在圆柱状气室3内部，均流球4下端设有多个气孔a17与圆柱状气室3连通，气体流经气孔a17形成初级均流扩散，扩散后气体流经内部气室6，通过气孔b8流通至反应区，气体流经气孔b8形成二级均流扩散；通气管2将高压传递至其下方的鱼骨型高压电极7，气管内气体初步电离；所述的高压电极7其顶端与通气管2垂直末端连接，其下端骨刺结构埋入复合型介质体9内部，起到多方向电离及固定复合型介质体9作用；所述的悬浮式自控地电极分为上端地电极18、下端地电极20两部分，均埋入在介质管13侧壁的空心夹层10内，上端地电极18固定在介质管13侧壁的空心夹层10上侧，并通过介质管13侧壁的地电极引线口14接地引线与大地相连，所述的上端地电极18和下端地电极20具有凸凹嵌合结构，一端地电极具有凸状结构，另一端电极具有凹状结构，凹状结构其中心内部为金属材质，两侧高台表面为绝缘材质，凸状结构其中心为金属材质，两侧低台为绝缘材质，弹簧ⅰ19固定在两个地电极的绝缘材质上，通过下端地电极20的上升实现悬浮地电位的控制。所述的自控式出气孔26位于介质体的下端，起悬浮地电极12作用。

所述的气孔b8为六角分布通孔，该六角分布通孔呈叠替形式螺旋排列，且孔为上小下大的锥孔。

所述的通气管2垂直末端为封堵结构，通气管2材质为金属材质；所述的高压电极7其材质为金属材质。

所述的复合型介质体9由多孔材料叠压制成，为三层复合型介质体9，上层介质体为承载层多孔材料，其上表面呈微凸锥形结构，材质为多孔石墨；中间层介质体为催化层多孔材料，材质为二氧化钛；下层介质体为添加层多孔材料，其下表面呈现微凹锥形结构，材质为多孔陶瓷，实现电离活性产物的多样化，其复合型介质体9在三级均流的过程中进而实现了放电活性产物种类的多元化及浓度的急剧提高。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。