专利名称：低电压下产生大间隙大气压均匀放电的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种低温气体放电方法，具体地说是一种低电压下产生大间隙大气压均匀放电的装置及方法。
背景技术：
大气压均匀放电已经成为低温等离子体研究和应用的热点。使用射频源作为驱动，能够在平行板介质阻挡放电系统中产生较大间隙的大气压均匀放电。然而射频源往往需要复杂的阻抗匹配电路，从而增加了工业生产的成本，不利于工业上的应用。利用几千赫兹或几百千赫兹驱动具有均匀气隙的惰性气体介质阻挡放电，也可以产生大气压均匀等离子体，但是该均匀放电气隙较小，不利于应用。如利用该系统在大气隙中实现均匀放电，则理论上所需外加电压是非常高的，这就需要高耐压值的特殊电介质作为阻挡介质层。然而，即使解决了电介质的材料问题，由于放电是发生在高外加电压峰值情况下，因此，这种放电很容易过渡到不均匀的弧光放电。
发明内容
本发明的目的之一就是提供一种低电压下产生大间隙大气压均匀放电的装置，以降低外加电压，避免不均匀放电。本发明的目的之二就是提供一种低电压下产生大间隙大气压均匀放电的方法。本发明的目的之一是这样实现的一种低电压下产生大间隙大气压均匀放电的装置，包括有与交流电源的两极分别电连接的两个水电极，所述水电极的壳体为横置的圆筒体，两个水电极的轴心线在同一直线上，在两个水电极的相对面上分别设置有竖向倾斜的电介质片，两个电介质片之间形成上大下小的楔形气隙，在所述两电介质片的左右两端分别设置有封挡侧面缝隙的挡块。所述电介质片为矩形片体，所述挡块插入所述两电介质片之间。所述楔形气隙的下端进气口的间隙宽度为O. 2—6mm,上端出气口的间隙宽度为进气口间隙宽度的5 —10倍。所述电介质片和挡块是采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟材料制作成型。本发明利用两个水电极之间的两个斜置的电介质片和两个侧面的挡块所合围成的一个放电空间，形成了一种具有楔形气隙的介质阻挡放电系统。对于这种具有楔形气隙的介质阻挡放电系统，当在水电极上施加上一定的电压并在楔形气隙的进气口中注入工作气体之后，就可在楔形气隙的下部小间隙处发生放电，由于放电丝会随着工作气体的气流向上移动，因此在小间隙处产生的放电会向着上部的大间隙处移动，从而在低电压下、在大间隙处产生放电。由于微放电的移动速度和工作气体的气流速度成正比，所以在大间隙处微放电的移动速度比小间隙处的慢，由此导致大间隙处比小间隙处有更高的微放电丝密度。足够多的微放电丝叠加，就可以在楔形气隙中的上部大间隙处形成均匀放电。本发明的关键就在于此。
本发明的目的之二是这样实现的一种低电压下产生大间隙大气压均匀放电的方法，设置两个圆筒状壳体的水电极，两个水电极的轴心线位于一条直线上；在两个水电极的相对面上分别设置有竖向倾斜的电介质片，两个电介质片之间形成上大下小的楔形气隙；在两电介质片的左右两端分别设置封挡侧面缝隙的挡块；将交流电源的两极分别连接在所述两个水电极上；接通交流电源后，从两个电介质片之间的楔形气隙的下端缝隙中注入工作气体，在所述楔形气隙的小间隙处产生放电，放电随气流向上移动并逐步叠加，从而在所述楔形气隙的上端大间隙处即形成均匀放电。所述电介质片设为矩形片体，所述挡块插入所述两电介质片之间。所述楔形气隙的下端进气口的间隙宽度设为O. 2—6mm,上端出气口的间隙宽度控制在进气口间隙宽度的5 —10倍之间。 所述电介质片和挡块是采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟材料制作成型。所述工作气体为氦气、氩气、氙气或氮气中的一种，或是任意两种以上的混合体。本发明的独特优点是能够在较低电压下产生大间隙、大气压且性能稳定的均匀放电，放电稳定在辉光放电阶段，不会过渡到弧光放电。因此，本发明所产生的等离子体不仅适用于材料的表面处理、臭氧的产生以及杀菌消毒等领域，而且更适用于处理较大体积的三维复杂材料，适用于对复杂物体的表面改性。本发明结构简单，操作方便；由于外加电压低，因此对电极表面的电介质材料的耐压性能没有过高要求，可以降低生产成本。由于无需真空装置，可适于工业上的流水作业。
图I是本发明的结构示意图。图2是楔形气隙的顶面放大示意图。图中1、交流电源，2、电介质片，3、水电极，4、出气口，5、挡块，6、进气口。
具体实施例方式如图I所示，水电极3的壳体为横置的圆筒体，在壳体中充满液体水。在水电极3的前端面封接有竖向倾斜的电介质片2，电介质片2为矩形片体，可采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟等材料制作成型。两个水电极3的前端面贴近并正对，两个水电极的轴心线在同一直线上；此时，两个电介质片2之间即形成上大下小的楔形气隙空间。在两电介质片2的左、右两端分别设置有封挡两电介质片侧面缝隙的挡块5。挡块5既可从电介质片的外部封接，也可插入两电介质片2之间的缝隙中(如图2所示)，此时，挡块5是与楔形气隙侧面形状相同的楔形结构体，即两电介质片2之间的楔形气隙的大小，是通过宽度不同的挡块5的设置而进行调节的。楔形气隙的下端进气口 6的间隙宽度一般是控制在O. 2 — 6_，上端出气口 4的间隙宽度一般控制在进气口间隙宽度的5 —10倍。挡块5也是采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟材料制作成型。在将交流电源I的两极分别连接到两个水电极3上之后，即构成本发明的低电压下产生大间隙大气压均匀放电的装置。本发明的低电压下产生大间隙大气压均匀放电的方法设置两个圆筒状壳体的水电极3，两个水电极3的轴心线位于一条直线上；在两个水电极的相对面上分别设置有竖向倾斜的电介质片2，两个电介质片2之间形成上大下小的楔形气隙；在两电介质片2的左右两端分别设置封挡侧面缝隙的挡块5 ;将交流电源I的两极分别连接在两个水电极3上；接通交流电源后，从两个电介质片之间的楔 形气隙的下端缝隙(即进气口 6)中注入工作气体，在楔形气隙的小间隙处产生放电，放电随工作气体的气流向上移动并逐步叠加，从而在楔形气隙的上端大间隙(即出气口 4)处形成均匀放电。 本发明所用的工作气体为氦气、氩气、氙气或氮气中的一种，或是任意两种以上的混合体。
权利要求
1.一种低电压下产生大间隙大气压均匀放电的装置，包括有与交流电源(I)的两极分别电连接的两个水电极(3)，其特征是，所述水电极(3)的壳体为横置的圆筒体，两个水电极的轴心线在同一直线上，在两个水电极的相对面上分别设置有竖向倾斜的电介质片(2)，两个电介质片(2)之间形成上大下小的楔形气隙，在所述两电介质片(2)的左右两端分别设置有封挡侧面缝隙的挡块(5 )。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征是，所述电介质片(2)为矩形片体，所述挡块(5)插入所述两电介质片(2 )之间。
3.根据权利要求I所述的装置，其特征是，所述楔形气隙的下端进气口的间隙宽度为O. 2 — 6mm，上端出气口的间隙宽度为进气口间隙宽度的5 —10倍。
4.根据权利要求I所述的装置，其特征是，所述电介质片(2)和挡块(5)是采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟材料制作成型。
5.一种低电压下产生大间隙大气压均匀放电的方法，其特征是，设置两个圆筒状壳体的水电极(3)，两个水电极(3)的轴心线位于一条直线上；在两个水电极的相对面上分别设置有竖向倾斜的电介质片(2)，两个电介质片(2)之间形成上大下小的楔形气隙；在两电介质片(2)的左右两端分别设置封挡侧面缝隙的挡块(5);将交流电源(I)的两极分别连接在所述两个水电极(3)上；接通交流电源后，从两个电介质片之间的楔形气隙的下端缝隙中注入工作气体，在所述楔形气隙的小间隙处产生放电，放电随气流向上移动并逐步叠加，从而在所述楔形气隙的上端大间隙处即形成均匀放电。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述电介质片(2)设为矩形片体，所述挡块(5 )插入所述两电介质片(2 )之间。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述楔形气隙的下端进气口的间隙宽度设为O. 2—6mm,上端出气口的间隙宽度控制在进气口间隙宽度的5 —10倍之间。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述电介质片(2)和挡块(5)是采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟材料制作成型。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述工作气体为氦气、氩气、氙气或氮气中的一种，或是任意两种以上的混合体。
全文摘要
本发明涉及一种低电压下产生大间隙大气压均匀放电的装置，包括有与交流电源的两极分别电连接的两个水电极，所述水电极的壳体为横置的圆筒体，两个水电极的轴心线在同一直线上，在两个水电极的相对面上分别设置有竖向倾斜的电介质片，两个电介质片之间形成上大下小的楔形气隙，在所述两电介质片的左右两端分别设置有封挡侧面缝隙的挡块。本发明能够在较低电压下产生大间隙、大气压且性能稳定的均匀放电，放电稳定在辉光放电阶段，不会过渡到弧光放电。本发明所产生的等离子体不仅适用于材料的表面处理、臭氧的产生以及杀菌消毒等领域，而且更适用于处理较大体积的三维复杂材料和对复杂物体的表面改性。
文档编号H05H1/26GK102647844SQ20121012820
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者刘润甫, 李雪辰 申请人:河北大学