專利名稱：差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于氣體放電與等離子體技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是差分 饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置。
技術(shù)背景介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge,以下統(tǒng)一簡稱 DBD)是獲得工業(yè)用大面積均勻低溫等離子體的主要方式。DBD —般 為兩個電極間的氣體放電，其中至少一個電極上覆蓋有介質(zhì)層，或在 電極間的任何位置設(shè)置介質(zhì)。因DBD具有電子密度高和可在常壓下運 行的特點，已在工業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用。目前的DBD裝置一般采用交流高壓電源單端饋電方式激勵，即將 交流高壓電源的高壓輸出端和DBD裝置的高壓電極連接，交流高壓電 源的地和DBD裝置的地電極連接。采用這種單端饋電方式的DBD裝置 目前只能在放電氣隙比較小的情況下運行。例如在空氣中，DBD的放 電氣隙一般為幾個毫米，因為電場分布均勻時空氣的擊穿場強約為 30kV/cm，假設(shè)放電氣隙為lOmm，則高壓電極與地電極之間的電壓需 達(dá)到約30kV才能使氣隙產(chǎn)生放電。隨著放電氣隙的距離增大，高壓 電極上的電壓也要增加，高壓電極和周圍空氣的電暈放電也會增強， 從而導(dǎo)致高壓電源的激勵能量損耗在高壓電極和周圍空氣的電暈放 電中，使DBD氣隙放電效率降低，甚至不能產(chǎn)生放電。如果DBD所用 介質(zhì)較厚則能產(chǎn)生有效放電的氣隙距離將更小。此外，隨著放電所需電壓的升高，高壓電源、DBD和相關(guān)高壓部 件的絕緣問題突出，各部件的絕緣距離需要加大，系統(tǒng)的體積隨之增
大，制造難度增加，制造成本也將提高；高壓引線和電極周圍的電場 強度增大，使其周圍的物體感應(yīng)帶電，對操作人員的安全和設(shè)備的電 磁兼容帶來不利。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有的DBD裝置單端饋電方式的不 足，提出一種釆用差分饋電方式的介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置， 與現(xiàn)有的DBD裝置比較，本實用新型可使氣體放電所需電源輸出電壓 (高壓端對地)大大降低，降低了裝置的絕緣設(shè)計難度和電源制造難 度，提高了其安全性和可靠性。采用該裝置可獲得大放電間隙的DBD， 可用于制造大體積氣體放電低溫等離子體，還可獲得放電中間點零電 位的氣體放電低溫等離子體(用于處理對高電位比較敏感的材料或?qū)?安全有要求的產(chǎn)品)。本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)-差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置，包括差分輸出高壓電 源、兩個高壓電極，差分輸出高壓電源輸出端分別與兩個高壓電極相 連接，在兩個高壓電極的相向面，其中至少一個高壓電極上面覆蓋有 一層介質(zhì)，或在兩個高壓電極中間的任何位置設(shè)置介質(zhì)，電極間的氣 體為負(fù)載，差分輸出高壓電源兩輸出端對地電壓大小相等或誤差小于 等于±50%、相位相差135度 225度，當(dāng)氣體間隙上所加電壓達(dá)到 氣體放電電壓時，氣體放電，產(chǎn)生低溫等離子體。本實用新型的目的還可以通過以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實現(xiàn)-前述的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置，其中所述差分 輸出高壓電源兩輸出端對地電壓大小相等，相位相差180度。前述的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置，其中所述差分 輸出高壓電源輸出為各種頻率的正弦交流波形、方波、單個或具有重 復(fù)頻率的脈沖波形及這些波形的任意組合。前述的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置，其中所述高壓 電極為平板形、同軸圓柱形、平行圓柱形、平行矩形、針板形、線板 形、網(wǎng)形、顆粒形或其它幾何形狀。前述的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置，其中所述兩高 壓電極為金屬、水或其它導(dǎo)電材料。前述的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置，其中所述的介 質(zhì)為石英玻璃，高溫玻璃、陶瓷、硅橡膠或其它高分子絕緣材料。前述的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置，其中所述兩高 壓電極間的氣體為任意氣壓下的任意氣體或氣體組合，氣體空間為封 閉或敞開。前述的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置，其還可包括附 加冷卻裝置、機械傳動裝置、氣體流動裝置或其它輔助功能裝置。本實用新型的優(yōu)點為由于本實用新型對DBD采用差分饋電方 式，即將DBD的兩個電極都設(shè)置為高壓電極，而交流高壓電源的輸出 為差分輸出，即輸出兩路大小相等(或近似相等)，相位相反(或相 位差約180度)的電壓，分別與兩個高壓電極相連接，比現(xiàn)有DBD裝 置，本實用新型有如下優(yōu)點
1. DBD裝置兩個高壓電極之間的電壓是高壓電源輸出的兩路差 分電壓之和，約為高壓電源每路輸出電壓的2倍，相同條件下，在 DBD裝置的兩個高壓電極附近產(chǎn)生(強烈的)電暈放電之前，這兩個 電極之間的放電間隙最少可比采用單端饋電方式時大一倍，即采用差 分饋電可以獲得大間隙的DBD，實際的DBD裝置的放電間隙可以達(dá)30腿以上；
2. 在DBD氣隙距離一定的條件下，采用差分饋電方式，貝悔個
高壓電極的對地電壓只有單端饋電時高壓電極對地電壓的一半，即高 壓電源的輸出電壓、高壓電極的對地電壓及高壓電源與高壓電極間連線的對地電壓大幅降低，最低約為單端饋電時的1/2，這使得高壓電 源、DBD和饋電的絕緣設(shè)計要求顯著降低，使DBD系統(tǒng)體積減小、成 本降低的同時，還提高了其運行可靠性；3. DBD采用差分饋電，系統(tǒng)的電磁兼容性的效果較好，如饋電的兩高壓線平行布置時，其產(chǎn)生的空間電磁輻射可基本相互抵消，避 免了周圍物體和人員由于感應(yīng)帶電而產(chǎn)生放電的危險，而單端饋電方式下，高壓連線周圍會產(chǎn)生很強的感應(yīng)帶電現(xiàn)象；4. DBD采用差分饋電，則DBD氣隙的中間區(qū)域(或接近中間區(qū) 域)的電位與地電位接近(或相同)，在處理對高電位較敏感的材料 時，可將試品放置于該區(qū)域，例如處理電線電纜時，采用差分饋電可 以使電纜芯線感應(yīng)電壓最低甚至基本為零。


圖1為本實用新型實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本實用新型實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為圖2的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本實用新型實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本實用新型實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6為本實用新型實施例五的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實用新型的高壓電源采用差分饋電的方式激勵DBD，差分輸出高壓電源兩輸出端對地電壓大小相等(或近似相等)，誤差可小于等 于±50%，如一輸出端對地電壓為U1，另一輸出端對地電壓為U2，則U1=U2或0. 5U2《U1《U2或0. 5 U1，相位相差180度(或近 似相差180度)，相位可相差135度 225度，差分輸出髙壓電源分 別與兩高壓電極相連。差分輸出高壓電源輸出的波形可為各種頻率的 正弦波、方波、單個或具有重復(fù)頻率的脈沖及這些波形的任意組合。 高壓電極可為任意幾何形狀的電極，如平板形、同軸圓柱形、平行圓 柱形、平行矩形、針板形、線板形、網(wǎng)形、顆粒形等。材料可為金屬、 水或其它導(dǎo)電材料。介質(zhì)可以覆蓋在一個或兩個高壓電極上，也可將 介質(zhì)放置于兩個高壓電極中間的任何位置。電極間的氣體間隙作為負(fù) 載。氣體為任意氣壓下的任意氣體或氣體組合，氣體空間可以封閉也 可以敞開。差分輸出高壓電源開啟后，對高壓電極進(jìn)行差分饋電，調(diào)整差分 輸出高壓電源的輸出電壓，使氣體間隙放電，即可產(chǎn)生放電低溫等離 子體。根據(jù)使用目的不同可采用不同的電極形式、不同尺寸的電極、不同功率的電源和不同輸出波形的電源，也可附加冷卻裝置、機械傳動裝置、氣體流動裝置或?qū)㈦姌O設(shè)置在封閉的腔體內(nèi)施加氣氛、降低或 增加氣壓等具有其它輔助功能裝置。實施例一本實施例的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置采用平行 平板DBD,其結(jié)構(gòu)如圖1所示，本實施例中高壓電極2和髙壓電極7 都為金屬板，差分輸出高壓電源1兩輸出端分別與高壓電極2、高壓 電極7相連接，差分輸出高壓電源1兩輸出端對地電壓大小相等(或 近似相等)、相位相差180度(或近似相差180度)。高壓電極2和高 壓電極7表面分別覆蓋有介質(zhì)3和介質(zhì)6 (也可以在一個高壓電極表 面覆蓋介質(zhì))。介質(zhì)3和介質(zhì)6間為氣體間隙5，如果要處理試品可 將試品4置于氣體間隙5中的相應(yīng)位置。開啟差分輸出高壓電源1，
調(diào)節(jié)差分輸出高壓電源1輸出電壓至氣體間隙放電，即可產(chǎn)生放電低溫等離子體，對試品4進(jìn)行處理或?qū)﹂g隙中氣體進(jìn)行處理。 實施例二本實施例的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置采用平行 圓柱電極DBD或平行矩形電極DBD，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖3為圖2的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例中高壓電極8和高壓電極9可為金屬棒、 金屬顆粒、金屬網(wǎng)或其它導(dǎo)電材料(兩高壓電極的幾何尺寸可以相同 也可以不同)，表面分別覆蓋有介質(zhì)10和介質(zhì)11 (也可以在一個高 壓電極上覆蓋介質(zhì))，差分輸出高壓電源1的兩輸出端分別與高壓電 極8、 9相連，差分輸出高壓電源1兩輸出端對地電壓大小相等(或 近似相等)、相位相差180度(或近似相差180度)。介質(zhì)10和介質(zhì) 11間為氣體間隙5，試品4置于氣體間隙5中。開啟差分輸出高壓電 源l，調(diào)節(jié)差分輸出高壓電源l輸出電壓至氣體間隙放電，即可產(chǎn)生 放電低溫等離子體，對試品4或氣體間隙中的氣體進(jìn)行處理。 實施例三本實施例的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置采用同軸 式DBD，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。本實施例中高壓電極12為金屬，其形 狀可以為管、網(wǎng)或顆粒。高壓電極13為金屬，其形狀可以為管、棒、 網(wǎng)或顆粒。差分輸出高壓電源1兩輸出端分別與高壓電極12、高壓 電極13相連接，差分輸出高壓電源1兩輸出端對地電壓大小相等(或 近似相等)、相位相差180度(或近似相差180度)。高壓電極12內(nèi) 壁覆蓋介質(zhì)14,電極13外覆蓋介質(zhì)15。介質(zhì)14和介質(zhì)15間為氣體 間隙5，開啟差分輸出高壓電源l，調(diào)節(jié)差分輸出高壓電源l輸出電 壓至氣體間隙5放電，即可產(chǎn)生放電低溫等離子體。 實施例四
本實施例的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置采用同軸式單介質(zhì)阻擋層DBD，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。本實施例中高壓電極16 為金屬管，高壓電極17為金屬管或金屬棒。差分輸出高壓電源1兩 輸出端分別與高壓電極16、高壓電極17相連接，差分輸出高壓電源 1兩輸出端對地電壓大小相等(或近似相等)、相位相差180度(或 近似相差180度)。在高壓電極16和高壓電極17中間的任何位置設(shè) 置介質(zhì)管3，介質(zhì)管3和內(nèi)外金屬電極之間為氣體間隙5。開啟差分 輸出高壓電源l，調(diào)節(jié)差分輸出高壓電源1輸出電壓至氣體間隙放電， 即可產(chǎn)生放電低溫等離子體。 實施例五本實施例的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置采用平行 線電極或平行棒式單介質(zhì)阻擋層DBD，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。本實施例 中高壓電極19和高壓電極20都為金屬絲或金屬棒(兩高壓電極的幾 何尺寸可以相同也可以不同)，差分輸出高壓電源1的兩輸出端分別 與高壓電極19、高壓電極20相連，差分輸出高壓電源1兩輸出端對 地電壓大小相等(或近似相等)、相位相差180度(或近似相差180 度)。在高壓電極19和高壓電極20中間的任何位置設(shè)置介質(zhì)3,介 質(zhì)3與兩高壓電極之間為放電間隙5，開啟差分輸出高壓電源l，調(diào) 節(jié)差分輸出高壓電源1輸出電壓至氣體間隙放電，即可產(chǎn)生放電低溫 等離子體。本實用新型還可以有其它實施方式，凡采用同等替換或等效變換 形成的技術(shù)方案，均落在本實用新型要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置，包括差分輸出高壓電源、兩個高壓電極，差分輸出高壓電源輸出端分別與兩個高壓電極相連接，在兩個高壓電極的相向面，其中至少一個高壓電極上面覆蓋有一層介質(zhì)，或在兩個高壓電極中間的任何位置設(shè)置介質(zhì)，電極間的氣體為負(fù)載，其特征在于所述差分輸出高壓電源兩輸出端對地電壓大小相等或誤差小于等于±50％、相位相差135度～225度。
2. 如權(quán)利要求1所述的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝 置，其特征在于所述差分輸出高壓電源兩輸出端對地電壓大小相等， 相位相差180度。
3. 如權(quán)利要求1所述的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝 置，其特征在于所述差分輸出高壓電源輸出為各種頻率的正弦交流波形、方波、單個或具有重復(fù)頻率的脈沖波形及這些波形的任意組合。
4. 如權(quán)利要求1所述的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝 置，其特征在于所述高壓電極為平板形、同軸圓柱形、平行圓柱形、 平行矩形、針板形、線板形、網(wǎng)形、顆粒形或其它幾何形狀。
5. 如權(quán)利要求1所述的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置，其特征在于所述兩高壓電極為金屬、水或其它導(dǎo)電材料。
6. 如權(quán)利要求1所述的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置，其特征在于所述介質(zhì)為石英玻璃、陶瓷、硅橡膠或其它高分子絕緣材料。
7. 如權(quán)利要求1所述的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝 置，其特征在于所述兩高壓電極間的氣體為任意氣壓下的任意氣體 或氣體組合，氣體空間為封閉或敞開。
8.如權(quán)利要求1所述的差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置，其特征在于還可包括附加冷卻裝置、機械傳動裝置、氣體流動 裝置、腔體或其它輔助功能裝置。
專利摘要本實用新型屬于氣體放電與等離子體技術(shù)領(lǐng)域，是差分饋電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體裝置，包括差分輸出高壓電源、兩個高壓電極，差分輸出高壓電源輸出端分別與兩個高壓電極相連接，在兩個高壓電極的相向面，其中至少一個高壓電極上面覆蓋有一層介質(zhì)，或在兩個高壓電極中間的任何位置設(shè)置介質(zhì)，電極間的氣體為負(fù)載，與兩高壓電極相連的差分輸出高壓電源兩輸出端對地電壓大小相等或近似相等、相位相差180度或近似相差180度。本實用新型可以產(chǎn)生大放電間隙的DBD，用以制造大體積的氣體放電低溫等離子體，可降低氣體放電所需電源輸出電壓，降低裝置的絕緣設(shè)計和制造難度，提高安全性和電磁兼容性，還可獲得零電位區(qū)的氣體放電低溫等離子體。
文檔編號H01J37/32GK201017845SQ20072003509
公開日2008年2月6日 申請日期2007年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月14日
發(fā)明者萬京林 申請人:萬京林