一种基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置及方法，包括高频交流电源、接地装置、流量计、储气罐、锥形石英玻璃管、高压电极及悬浮电极；所述高压电极套接于锥形石英玻璃管上，储气罐的出口与锥形石英玻璃管的入口通过流量计相连通，高频交流电源的正极与高压电极相连接，高频交流电源的负极与接地装置相连接；所述锥形石英玻璃管由第一直管段、渐缩段及第二直管段组成，渐缩管的上部入口及下部出口分别与第一直管段的下部出口及第二直管段的上部入口相连通，第一直管段的上部入口与储气罐的出口相连通。本发明可以产生大面积的大气压等离子体射流。
【专利说明】一种基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于气体放电领域，涉及一种等离子射流发生装置及方法，具体涉及一种基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置及方法。
【背景技术】
[0002]大气压等离子体射流(atmospheric pressure plasma jet，APPJ)作为一种新型的等离子体源，显示出了巨大的应用前景。大气压等离子体射流由于具有设备投资成本较低、操作简便、环保无公害以及电子激发温度、等离子体密度适中等特点，所以在材料表面改性、灭菌消毒和对复杂形状材料处理等方面，更是拥有特别的技术优势。
[0003]在等离子体射流反应器结构的设计上，绝大多数的结构都基于同轴直管状结构，包括针-筒电极、针-环电极射流源，针电极、毛细管针电极射流源，环电极射流源(双环电极、环-板电极)等等。而大气压等离子体射流的诸多参数都与工作气体的状态密切相关。在直管结构下，工作气体容易出现“湍流”或“紊流”状态，影响大气压等离子体射流的相关性能。而且在此种结构下，等离子体射流的直径也较小，不能产生大面积的均匀等离子体，不利于大面材料的表面处理。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置及系统，该装置及系统可以产生大面积的大气压等离子体射流。
[0005]为达到上述目的，本发明所述基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置包括高频交流电源、接地装置、流量计、储气罐、锥形石英玻璃管及高压电极；
[0006]所述高压电极套接于锥形石英玻璃管上，储气罐的出口与锥形石英玻璃管的入口通过流量计相连通，高频交流电源的正极与高压电极相连接，高频交流电源的负极与接地装置相连接，流量计上设有减压阀；
[0007]所述锥形石英玻璃管由第一直管段、渐缩段及第二直管段组成，渐缩管的上部入口及下部出口分别与第一直管段的下部出口及第二直管段的上部入口相连通，第一直管段的上部入口与储气罐的出口相连通。
[0008]所述储气罐内的气体为惰性气体，惰性气体为氩气、氦气、氮气或氩气、氦气及氮气按任意比例的混合气体。
[0009]还包括圆板接地电极及圆形石英玻璃片，圆板接地电极设置于圆形石英玻璃片上，圆板接地电极与高频交流电源相连接；
[0010]所述第一直管段的直径小于第二直管段的直径；
[0011]所述第二直管段套接有悬浮电极。
[0012]所述锥形石英玻璃管入口处套接有通气口，锥形石英玻璃管与流量计通过通气口相连接，通气口为柔性密闭管道结构；
[0013]还包括圆板接地电极及圆形石英玻璃片，圆板接地电极设置于圆形石英玻璃片上，圆板接地电极与高频交流电源相连接；
[0014]所述第一直管段的直径小于第二直管段的直径，高压电极套接于第二直管段上。
[0015]还包括圆板接地电极及圆形石英玻璃片，圆板接地电极设置于圆形石英玻璃片上，圆板接地电极与高频交流电源相连接；
[0016]所述第二直管段的直径小于第一直管段的直径。
[0017]所述第一直管段的直径小于第二直管段的直径，第二直管段上套接有圆板接地电极，圆板接地电极位于高压电极的下部。
[0018]所述第一直管段的直径大于第二直管段的直径，高压电极套接于第一直管段上，第二直管段上套接有圆板接地电极。
[0019]所述第一直管段的直径大于第二直管段的直径，高压电极套接于第二直管段上。
[0020]本发明所述的基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生方法包括以下步骤:
[0021]1)将高频交流电源的正极及负极分别与高压电极及接地装置相连接，打开储气罐的阀门，储气罐内的气体经流量计进入到锥形石英玻璃管中，然后利用流量计将进入到锥形石英玻璃管中气体的流量调整到预设的范围；
[0022]2)打开高频交流电源的开关，然后调整高频交流电源输出电压的频率与幅值，使高压电极放电，进而使进入到锥形石英玻璃管中的气体形成大气压等离子体射流，并从锥形石英玻璃管的下部出口喷出。
[0023]本发明具有以下有益效果:
[0024]本发明所述的基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置及系统在形成大气压等离子体射流时，先调节通入到锥形石英玻璃管中的气体的流量，然后调节高频交流电源输出电压的频率及幅值，使高压电极放电，进而使进入到锥形石英玻璃管中的气体形成大面积的大气压等离子体射流，在实际操作时，可以根据需要调整锥形石英玻璃管的形状、进入到锥形石英玻璃管中气体的流量及高频交流电源输出电压的频率及幅值得到不同面积及特性的大气压等离子体射流。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明的结构示意图；
[0026]图2为实施例一中锥形石英玻璃管1的结构示意图；
[0027]图3为实施例二中锥形石英玻璃管1的结构示意图；
[0028]图4为实施例三中锥形石英玻璃管1的结构示意图；
[0029]图5为实施例四中锥形石英玻璃管1的结构示意图；
[0030]图6为实施例五中锥形石英玻璃管1的结构示意图；
[0031]图7为实施例六中锥形石英玻璃管1的结构示意图；
[0032]图8为实施例七中锥形石英玻璃管1的结构示意图；
[0033]其中，1为锥形石英玻璃管、2为接地装置、3为高压电极、4为圆板接地电极、5为圆形石英玻璃片、6为悬浮电极、7为流量计、8为储气罐、9为高频交流电源。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0035]参考图1，本发明基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置包括高频交流电源9、接地装置2、流量计7、储气罐8、锥形石英玻璃管1及高压电极3 ;所述高压电极3套接于锥形石英玻璃管1上，储气罐8的出口与锥形石英玻璃管1的入口通过流量计7相连通，高频交流电源9的正极与高压电极3相连接，高频交流电源9的负极与接地装置2相连接，流量计7上设有减压阀；锥形石英玻璃管1由第一直管段、渐缩段及第二直管段组成，渐缩管的上部入口及下部出口分别与第一直管段的下部出口及第二直管段的上部入口相连通，第一直管段的上部入口与储气罐8的出口相连通；储气罐8内的气体为惰性气体，惰性气体为氩气、氦气、氮气或氩气、氦气及氮气按任意比例的混合气体；锥形石英玻璃管1入口处套接有通气口 10，锥形石英玻璃管1与流量计7通过通气口 10相连接，通气口 10为柔性密闭管道结构。
[0036]本发明所述的基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生方法包括以下步骤:
[0037]1)将高频交流电源9的正极及负极分别与高压电极3及接地装置2相连接，打开储气罐8的阀门，储气罐8内的气体经流量计7进入到锥形石英玻璃管1中，然后利用流量计7将进入到锥形石英玻璃管1中气体的流量调整到预设的范围；
[0038]2)打开高频交流电源9的开关，然后调整高频交流电源9输出电压的频率与幅值，使高压电极3放电，进而使进入到锥形石英玻璃管1中的气体形成大气压等离子体射流，并从锥形石英玻璃管1的下部出口喷出。
[0039]实施例一
[0040]参考图2，本发明还包括圆板接地电极4及圆形石英玻璃片5，圆板接地电极4设置于圆形石英玻璃片5上，圆板接地电极4与高频交流电源9相连接；所述第一直管段的直径小于第二直管段的直径，高压电极3的宽度为10mm，高压电极3的上端与第一直管段的上部入口之间的垂直距离为30mm，高压电极3的上端与第二直管段的下部出口之间的垂直距离为50_，所述第二直管段套接有悬浮电极6，悬浮电极6及高压电极3均套接于第二直管段上，悬浮电极6的宽度为10mm，悬浮电极6的上端与高压电极3下端之间的垂直距离为20mm，悬浮电极6的下端到第二直管段的下部出口之间的垂直距离为10mm。
[0041]实施例二
[0042]参考图3，本发明还包括圆板接地电极4及圆形石英玻璃片5，圆板接地电极4设置于圆形石英玻璃片5上，圆板接地电极4与高频交流电源9相连接；所述第一直管段的直径小于第二直管段的直径，高压电极3套接于第二直管段上，高压电极3的宽度为10mm，高压电极3的下端到第二直管段的底部出口之间的垂直距离为10mm，第二直管段的长度为50mm，高压电极3的上端到第二直管段的上部入口之间的间距为30mm，第一直管段与渐缩段的总长度为30mm。
[0043]实施例三
[0044]参考图4，本发明还包括圆板接地电极4及圆形石英玻璃片5，圆板接地电极4设置于圆形石英玻璃片5上，圆板接地电极4与高频交流电源9相连接；所述第一直管段的直径小于第二直管段的直径，高压电极3套接于第二直管段上，高压电极3的宽度为10mm，高压电极3的下端到第二直管段的下部开口之间的间距为40mm，高压电极3的上端到第一直管段的上部入口之间的垂直距离为30mm。
[0045]实施例四
[0046]参考图5，本发明还包括圆板接地电极4及圆形石英玻璃片5，圆板接地电极4设置于圆形石英玻璃片5上，圆板接地电极4与高频交流电源9相连接；所述第二直管段的直径小于第一直管段的直径，第一直管段的长度为50_，第二直管段与渐缩段的总长度为50mm，高压电极3的宽度为10mm，高压电极3下端到第二管道段的下部出口之间的垂直距离为10mm，高压电极3套接于第二直管段上。
[0047]实施例五
[0048]参考图6，所述第一直管段的直径小于第二直管段的直径，第二直管段上套接有圆板接地电极4，圆板接地电极4位于高压电极3的下部，圆板接地电极4的宽度及高压电极3的宽度均为10mm，高压电极3的上端到第一直管段的上部入口之间的垂直距离为30mm，高压电极3的上端到第二直管段的下部出口之间的垂直距离为50mm，高压电极3的下端到圆板接地电极4上端之间的垂直距离为20mm，圆板接地电极4的下端到第二直管段的下部出口之间的垂直距离为10mm，高压电极3套接于第二直管段上。
[0049]实施例六
[0050]参考图7，所述第一直管段的直径大于第二直管段的直径，高压电极3套接于第一直管段上，第二直管段上套接有圆板接地电极4，圆板接地电极4的宽度及高压电极3的宽度均为10mm，高压电极3的上端到第一直管段的上部入口之间的间距为30mm，高压电极3的下端到第一直管段的下部出口之间的间距为10mm，圆板接地电极4的上部到第一直管段的下部出口之间的垂直距离为10mm，圆板接地电极4到第二直管段的下部出口之间的距离为 10mmη
[0051]实施例七
[0052]参考图8，所述第一直管段的直径大于第二直管段的直径，高压电极3套接于第二直管段上，第一直管段的长度为50mm，第二直管段与渐缩段的总长度为50mm，高压电极3的宽度为10mm，高压电极3的下端到第二直管段的下部出口之间的距离为10mm。
[0053]需要说明的是，所述惰性气体为氩气或者氦气，圆板接地电极4采用304不锈钢材料制作而成，圆板接地电极4的直径为90mm，厚度为20mm，锥形石英玻璃管1的管壁厚度为lmm0
[0054]需要注意的情况如下:1)采用的惰性气体不同，产生大气压等离子体射流时所需要的高频交流电压幅值和频率以及气流的流量大小也不相同，需要根据实际的情况调节。2)在本发明中高压电极3与不锈钢圆板4的距离是有限的，两者之间的电压不能无限增加，否则会在玻璃管外壁上发生沿面闪络；3)在上述电极结构中，如果要形成均匀的大面积大气压等离子体射流，不仅需要将较粗的管口作为大面积等离子体射流的喷口，而且要适当调节高压电极与地电极间的距离。同时所述高压电极3及悬浮电极6均为环状结构，所述地电极5为圆形结构。
【权利要求】
1.一种基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置，其特征在于，包括高频交流电源(9)、接地装置(2)、流量计(7)、储气罐(8)、锥形石英玻璃管(1)及高压电极(3); 所述高压电极(3)套接于锥形石英玻璃管(1)上，储气罐(8)的出口与锥形石英玻璃管⑴的入口通过流量计(7)相连通，高频交流电源(9)的正极与高压电极(3)相连接，高频交流电源(9)的负极与接地装置(2)相连接，流量计(7)上设有减压阀； 所述锥形石英玻璃管(1)由第一直管段、渐缩段及第二直管段组成，渐缩管的上部入口及下部出口分别与第一直管段的下部出口及第二直管段的上部入口相连通，第一直管段的上部入口与储气罐(8)的出口相连通。
2.根据权利要求1所述的基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置，其特征在于，所述储气罐(8)内的气体为惰性气体，惰性气体为氩气、氦气、氮气或氩气、氦气及氮气按任意比例的混合气体。
3.根据权利要求1所述的基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置，其特征在于， 所述锥形石英玻璃管(1)入口处套接有通气口(10)，锥形石英玻璃管(1)与流量计(7)通过通气口(10)相连接，通气口(10)为柔性密闭管道结构。
4.根据权利要求1所述的基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置，其特征在于，还包括圆板接地电极(4)及圆形石英玻璃片(5)，圆板接地电极(4)设置于圆形石英玻璃片(5)上，圆板接地电极⑷与高频交流电源(9)相连接； 所述第一直管段的直径小于第二直管段的直径； 所述第二直管段套接有悬浮电极(6)。
5.根据权利要求1所述的基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置，其特征在于，还包括圆板接地电极(4)及圆形石英玻璃片(5)，圆板接地电极(4)设置于圆形石英玻璃片(5)上，圆板接地电极⑷与高频交流电源(9)相连接； 所述第一直管段的直径小于第二直管段的直径，高压电极(3)套接于第二直管段上。
6.根据权利要求1所述的基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置，其特征在于，还包括圆板接地电极(4)及圆形石英玻璃片(5)，圆板接地电极(4)设置于圆形石英玻璃片(5)上，圆板接地电极⑷与高频交流电源(9)相连接； 所述第二直管段的直径小于第一直管段的直径。
7.根据权利要求1所述的基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置，其特征在于， 所述第一直管段的直径小于第二直管段的直径，第二直管段上套接有圆板接地电极(4)，圆板接地电极(4)位于高压电极(3)的下部。
8.根据权利要求1所述的基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置，其特征在于， 所述第一直管段的直径大于第二直管段的直径，高压电极(3)套接于第一直管段上，第二直管段上套接有圆板接地电极(4)。
9.根据权利要求1所述的基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置，其特征在于， 所述第一直管段的直径大于第二直管段的直径，高压电极(3)套接于第二直管段上。
10.一种基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生方法，其特征在于，基于权利要求1所述的基于锥形石英玻璃管的等离子射流发生装置，包括以下步骤: 1)将高频交流电源(9)的正极及负极分别与高压电极(3)及接地装置(2)相连接，打开储气罐(8)的阀门，储气罐(8)内的气体经流量计(7)进入到锥形石英玻璃管(1)中，然后利用流量计(7)将进入到锥形石英玻璃管(1)中气体的流量调整到预设的范围； 2)打开高频交流电源(9)的开关，然后调整高频交流电源(9)输出电压的频率与幅值，使高压电极(3)放电，进而使进入到锥形石英玻璃管(1)中的气体形成大气压等离子体射流，并从锥形石英玻璃管(1)的下部出口喷出。
【文档编号】H05H1/24GK104470180SQ201410686929
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】汲胜昌, 郝致远, 宋 莹 申请人:西安交通大学