一種滑動(dòng)弧放電等離子體射流發(fā)生裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種滑動(dòng)弧放電等離子體射流發(fā)生裝置及方法，所述裝置包括等離子體發(fā)生器、外部電源和外部氣源。所述等離子體發(fā)生器包括帶錐形出口的管狀外電極、中心電極和空心的絕緣支撐柱，其主要特征在于：所述管狀外電極為集腔體、錐形噴嘴、進(jìn)氣口和接地電極于一體的成型加工設(shè)計(jì)，錐形噴嘴結(jié)構(gòu)有利于控制起弧只發(fā)生在出口處，并具有束流作用；所述外部氣源為空氣或氧氣，其中空氣可由空氣壓縮機(jī)現(xiàn)場(chǎng)提供。等離子體發(fā)生器在高電壓作用下所述兩個(gè)電極之間距離最窄處放電起弧，并在一定流速的空氣或氧氣驅(qū)動(dòng)下噴出腔外形成等離子體射流。針對(duì)不同的處理對(duì)象及應(yīng)用領(lǐng)域可提供不同的工作參數(shù)。
【專利說(shuō)明】
一種滑動(dòng)弧放電等離子體射流發(fā)生裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種等離子體射流發(fā)生裝置及方法，具體為空氣或氧氣驅(qū)動(dòng)的滑動(dòng)弧結(jié)構(gòu)放電低溫等離子體射流發(fā)生裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大氣壓非平衡等離子體具有電子溫度高、重粒子的平動(dòng)溫度較低的特點(diǎn)，且可以在大氣壓或高于大氣壓的條件下產(chǎn)生，因此無(wú)需真空系統(tǒng)就可以在較低的溫度下獲得化學(xué)反應(yīng)所需要的活性粒子，它還具有特殊的光、熱、聲、電等物理過(guò)程及化學(xué)過(guò)程。大氣壓非平衡等離子體在廢水廢氣處理、殺菌消毒、材料表面改性、有機(jī)物氧化處理、薄膜沉積等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，尤其是在殺菌方面與藥物殺滅相比具有更好的安全性，且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。
[0003]大氣壓非平衡等離子體的產(chǎn)生方法和傳統(tǒng)的熱等離子體、冷等離子體的產(chǎn)生方法不同。目前常用的方法有惰性氣體輝光放電、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、微波放電和滑動(dòng)弧放電等。滑動(dòng)弧放電方式與其它幾種放電方式相比可以利用空氣流量形成等離子體射流，更有利于非平衡等離子體的應(yīng)用。研究表明滑動(dòng)弧產(chǎn)生的等離子體區(qū)域表現(xiàn)出明顯的非平衡性，80%以上的輸入電能通過(guò)非平衡等離子體刺激化學(xué)反應(yīng)效率的提高，因此滑動(dòng)弧放電能量利用率很高，從而能產(chǎn)生更多種類與數(shù)量的活性粒子。由于滑動(dòng)弧放電只需空氣驅(qū)動(dòng)即可產(chǎn)生射流，空氣成本低、無(wú)污染且容易獲得，尤其適合消毒殺菌應(yīng)用及水面微生物的滅活處理?；瑒?dòng)弧放電產(chǎn)生的大量活性氧離子、高能自由基團(tuán)等成分，極易與細(xì)菌、霉菌及芽孢、病毒中蛋白質(zhì)和核酸物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)而變性，使各類微生物死亡。如血吸蟲(chóng)尾蝴通常以靜態(tài)方式浮在水面上，滑動(dòng)弧放電等離子體射流可直接作用于血吸蟲(chóng)尾蝴而達(dá)到滅活的目的，這樣不僅可以避免藥物對(duì)人體造成的副作用，也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。
[0004]滑動(dòng)弧放電裝置通常由2個(gè)刀型電極構(gòu)成，并在電極間最窄處擊穿形成滑動(dòng)電弧。這種刀型電極構(gòu)成的滑動(dòng)弧放電裝置結(jié)構(gòu)不夠靈活、緊湊、便攜及穩(wěn)定，因此不利于放大于實(shí)際應(yīng)用尤其是在水面微生物處理上的應(yīng)用和野外應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活、緊湊、結(jié)實(shí)、便攜且放電穩(wěn)定的大氣壓滑動(dòng)弧放電等離子體射流發(fā)生方法及裝置，產(chǎn)生的等離子體射流可應(yīng)用于消毒殺菌等方面，尤其適合于水面微生物的處理及其野外現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:本發(fā)明所涉及滑動(dòng)弧放電等離子體射流裝置包括等離子體發(fā)生器、外部電源和外部氣源;所述等離子體發(fā)生器包括帶錐形出口的管狀外電極、中心電極和空心的絕緣支撐柱，所述絕緣支撐柱起支撐和固定所述管狀外電極和所述中心電極作用，所述中心電極插入所述絕緣支撐柱中心作為高壓電極，所述管狀外電極作為接地電極同時(shí)具有束流作用，所述兩個(gè)電極分別連接到所述外部電源的兩極;所述外部電源為5kHz?30kHz的交流電源或脈沖電源;所述外部氣源為空氣或氧氣，通過(guò)導(dǎo)氣管進(jìn)入等離子體發(fā)生器。
[0007]滑動(dòng)弧放電等離子體射流裝置，其特征在于:所述管狀外電極為集腔體、錐形噴嘴、進(jìn)氣口和接地電極于一體的成型加工設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且性能可靠穩(wěn)定;所述管狀外電極主體為內(nèi)徑6?20mm、壁厚I?8mm的金屬管，出口為內(nèi)徑4?18mm的錐形結(jié)構(gòu)，有利于控制起弧只發(fā)生在出口處，并具有束流作用;所述中心電極為外徑I?1mm的不銹鋼針、鎢絲等金屬電極;所述絕緣支撐柱中心開(kāi)孔用于固定所述中心電極;所述兩個(gè)電極分別連接到所述外部電源的兩極，由于放電回路在等離子體發(fā)生器腔內(nèi)形成而受外界干擾較小，因此有利于形成穩(wěn)定的等離子體射流，且所述管狀外電極通過(guò)電源的地端接地，以保證裝置安全;所述外部電源為5kHz?30kHz的交流電源或脈沖電源;所述外部氣源為空氣或氧氣，可由儲(chǔ)氣瓶提供，其中空氣也可由空氣壓縮機(jī)現(xiàn)場(chǎng)提供，通過(guò)導(dǎo)氣管進(jìn)入等離子體發(fā)生器。
[0008]等離子體發(fā)生器在高電壓作用下所述兩個(gè)電極之間距離最窄處放電起弧，并在一定流速的空氣或氧氣驅(qū)動(dòng)下噴出腔外形成等離子體射流。由于所述電源為交流或脈沖電源，從而抑制了弧放電發(fā)展為火花放電，形成的等離子體射流仍維持在低溫狀態(tài)。本裝置能在大氣壓下且氣源為空氣或氧氣時(shí)穩(wěn)定工作，并保持等離子體射流溫度為室溫或略高于室溫。本裝置產(chǎn)生的等離子體射流面積、長(zhǎng)度、強(qiáng)度可通過(guò)電源電參數(shù)及氣體流速進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可對(duì)發(fā)生器進(jìn)行整體放大，針對(duì)不同的處理對(duì)象及應(yīng)用領(lǐng)域可提供不同的工作參數(shù)。
[0009]本裝置的使用有利于簡(jiǎn)化放電結(jié)構(gòu)，使裝置更加靈活、緊湊、結(jié)實(shí)、便攜，并能提供穩(wěn)定的弧放電等離子體射流。由于滑動(dòng)弧放電只需空氣或氧氣驅(qū)動(dòng)即可產(chǎn)生射流，特別是空氣成本低、無(wú)污染且容易獲得，因此本發(fā)明將大大提高低溫等離子體的應(yīng)用范圍，尤其適合于消毒殺菌應(yīng)用及水面微生物的滅活處理。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為滑動(dòng)弧放電等離子體射流裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1所示。本發(fā)明所涉及滑動(dòng)弧放電等離子體射流裝置包括等離子體發(fā)生器、夕卜部電源I和外部氣源6;所述等離子體發(fā)生器包括帶錐形出口的管狀外電極3、中心電極2和空心的絕緣支撐柱4，所述絕緣支撐柱4起支撐和固定所述電極2和3的作用，所述中心電極2插入所述絕緣支撐柱4中心作為高壓電極，所述管狀外電極3作為接地電極并提供氣體通道，所述兩個(gè)電極2和3分別連接到所述外部電源I的兩極;所述外部電源I為5kHz?30kHz的交流電源或脈沖電源;所述外部氣源6為空氣或氧氣。其特征在于:所述管狀外電極3為集腔體、錐形噴嘴、進(jìn)氣口和接地電極于一體的成型加工設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且性能可靠穩(wěn)定;所述管狀外電極3主體為內(nèi)徑6?20mm、壁厚I?8mm的金屬管，出口為內(nèi)徑4?18mm的錐形結(jié)構(gòu)，有利于控制起弧只發(fā)生在出口處，并具有束流作用;所述中心電極2為外徑I?1mm的不銹鋼針、鎢絲等金屬電極;所述絕緣支撐柱4中心開(kāi)孔用于固定所述中心電極2。所述外部氣源6為空氣或氧氣，可由儲(chǔ)氣瓶提供，其中空氣也可由空氣壓縮機(jī)現(xiàn)場(chǎng)提供，通過(guò)導(dǎo)氣管進(jìn)入等離子體發(fā)生器。
[0012]等離子體發(fā)生器在高電壓作用下所述兩個(gè)電極2和3之間距離最窄處放電起弧，并在一定流速的空氣或氧氣驅(qū)動(dòng)下噴出腔外形成等離子體射流5。由于放電回路在等離子體發(fā)生器腔內(nèi)形成而受外界干擾較小，因此有利于形成穩(wěn)定的等離子體射流5，且所述管狀外電極3通過(guò)電源的地端接地，以保證裝置安全。由于所述外部電源I為交流或脈沖電源，從而抑制了弧放電發(fā)展為火花放電，形成的等離子體射流仍維持在低溫狀態(tài)。本裝置能在大氣壓下且外部氣源6為空氣或氧氣時(shí)穩(wěn)定工作，并保持等離子體射流5溫度為室溫或略高于室溫。本裝置產(chǎn)生的等離子體射流5面積、長(zhǎng)度、強(qiáng)度可通過(guò)外部電源I的電參數(shù)及外部氣源6的氣體流速進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可對(duì)發(fā)生器進(jìn)行整體放大，針對(duì)不同的處理對(duì)象及應(yīng)用領(lǐng)域可提供不同的工作參數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種滑動(dòng)弧放電等離子體射流發(fā)生裝置，所述裝置包括等離子體發(fā)生器、外部電源和外部氣源，其特征在于:所述等離子體發(fā)生器包括帶錐形出口的管狀外電極、中心電極和空心的絕緣支撐柱，所述絕緣支撐柱起支撐和固定所述管狀外電極和所述中心電極作用，所述中心電極插入所述絕緣支撐柱中心作為高壓電極，所述管狀外電極作為接地電極同時(shí)具有束流作用，所述兩個(gè)電極分別連接到所述外部電源的兩極；所述外部電源為5kHz?30kHz的交流電源或脈沖電源;所述外部氣源為空氣或氧氣，可由儲(chǔ)氣瓶提供，其中空氣也可由空氣壓縮機(jī)現(xiàn)場(chǎng)提供。2.—種如權(quán)利要求1所述的滑動(dòng)弧放電等離子體射流裝置，其特征在于:所述管狀外電極為集腔體、錐形噴嘴、進(jìn)氣口和接地電極于一體的成型加工設(shè)計(jì);所述管狀外電極主體為內(nèi)徑6?20mm、壁厚I?8mm的金屬管，出口為內(nèi)徑4?18mm的錐形結(jié)構(gòu)，有利于控制起弧只發(fā)生在出口處;所述中心電極為外徑I?1mm的金屬電極;所述絕緣支撐柱中心開(kāi)孔用于固定所述中心電極。3.—種如權(quán)利要求1所述的滑動(dòng)弧放電等離子體射流裝置的滑動(dòng)弧放電發(fā)生方法，其特征在于:在高電壓作用下所述管狀外電極和所述中心電極之間距離最窄處放電起弧，并在一定流速的空氣或氧氣驅(qū)動(dòng)下噴出腔外形成等離子體射流。
【文檔編號(hào)】H05H1/34GK106028616SQ201610549334
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月13日
【發(fā)明人】王興權(quán), 陳維, 王鳳鵬, 黃駿, 汪廷華
【申請(qǐng)人】贛南師范學(xué)院