專利名稱：低電壓下產(chǎn)生大間隙大氣壓均勻放電的裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種低溫氣體放電方法，具體地說是一種低電壓下產(chǎn)生大間隙大氣壓均勻放電的裝置及方法。
背景技術：
大氣壓均勻放電已經(jīng)成為低溫等離子體研究和應用的熱點。使用射頻源作為驅(qū)動，能夠在平行板介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)中產(chǎn)生較大間隙的大氣壓均勻放電。然而射頻源往往需要復雜的阻抗匹配電路，從而增加了工業(yè)生產(chǎn)的成本，不利于工業(yè)上的應用。利用幾千赫茲或幾百千赫茲驅(qū)動具有均勻氣隙的惰性氣體介質(zhì)阻擋放電，也可以產(chǎn)生大氣壓均勻等離子體，但是該均勻放電氣隙較小，不利于應用。如利用該系統(tǒng)在大氣隙中實現(xiàn)均勻放電，則理論上所需外加電壓是非常高的，這就需要高耐壓值的特殊電介質(zhì)作為阻擋介質(zhì)層。然而，即使解決了電介質(zhì)的材料問題，由于放電是發(fā)生在高外加電壓峰值情況下，因此，這種放電很容易過渡到不均勻的弧光放電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一就是提供一種低電壓下產(chǎn)生大間隙大氣壓均勻放電的裝置，以降低外加電壓，避免不均勻放電。本發(fā)明的目的之二就是提供一種低電壓下產(chǎn)生大間隙大氣壓均勻放電的方法。本發(fā)明的目的之一是這樣實現(xiàn)的一種低電壓下產(chǎn)生大間隙大氣壓均勻放電的裝置，包括有與交流電源的兩極分別電連接的兩個水電極，所述水電極的殼體為橫置的圓筒體，兩個水電極的軸心線在同一直線上，在兩個水電極的相對面上分別設置有豎向傾斜的電介質(zhì)片，兩個電介質(zhì)片之間形成上大下小的楔形氣隙，在所述兩電介質(zhì)片的左右兩端分別設置有封擋側(cè)面縫隙的擋塊。所述電介質(zhì)片為矩形片體，所述擋塊插入所述兩電介質(zhì)片之間。所述楔形氣隙的下端進氣口的間隙寬度為O. 2—6mm,上端出氣口的間隙寬度為進氣口間隙寬度的5 —10倍。所述電介質(zhì)片和擋塊是采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟材料制作成型。本發(fā)明利用兩個水電極之間的兩個斜置的電介質(zhì)片和兩個側(cè)面的擋塊所合圍成的一個放電空間，形成了一種具有楔形氣隙的介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)。對于這種具有楔形氣隙的介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)，當在水電極上施加上一定的電壓并在楔形氣隙的進氣口中注入工作氣體之后，就可在楔形氣隙的下部小間隙處發(fā)生放電，由于放電絲會隨著工作氣體的氣流向上移動，因此在小間隙處產(chǎn)生的放電會向著上部的大間隙處移動，從而在低電壓下、在大間隙處產(chǎn)生放電。由于微放電的移動速度和工作氣體的氣流速度成正比，所以在大間隙處微放電的移動速度比小間隙處的慢，由此導致大間隙處比小間隙處有更高的微放電絲密度。足夠多的微放電絲疊加，就可以在楔形氣隙中的上部大間隙處形成均勻放電。本發(fā)明的關鍵就在于此。
本發(fā)明的目的之二是這樣實現(xiàn)的一種低電壓下產(chǎn)生大間隙大氣壓均勻放電的方法，設置兩個圓筒狀殼體的水電極，兩個水電極的軸心線位于一條直線上；在兩個水電極的相對面上分別設置有豎向傾斜的電介質(zhì)片，兩個電介質(zhì)片之間形成上大下小的楔形氣隙；在兩電介質(zhì)片的左右兩端分別設置封擋側(cè)面縫隙的擋塊；將交流電源的兩極分別連接在所述兩個水電極上；接通交流電源后，從兩個電介質(zhì)片之間的楔形氣隙的下端縫隙中注入工作氣體，在所述楔形氣隙的小間隙處產(chǎn)生放電，放電隨氣流向上移動并逐步疊加，從而在所述楔形氣隙的上端大間隙處即形成均勻放電。所述電介質(zhì)片設為矩形片體，所述擋塊插入所述兩電介質(zhì)片之間。所述楔形氣隙的下端進氣口的間隙寬度設為O. 2—6mm,上端出氣口的間隙寬度控制在進氣口間隙寬度的5 —10倍之間。 所述電介質(zhì)片和擋塊是采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟材料制作成型。所述工作氣體為氦氣、氬氣、氙氣或氮氣中的一種，或是任意兩種以上的混合體。本發(fā)明的獨特優(yōu)點是能夠在較低電壓下產(chǎn)生大間隙、大氣壓且性能穩(wěn)定的均勻放電，放電穩(wěn)定在輝光放電階段，不會過渡到弧光放電。因此，本發(fā)明所產(chǎn)生的等離子體不僅適用于材料的表面處理、臭氧的產(chǎn)生以及殺菌消毒等領域，而且更適用于處理較大體積的三維復雜材料，適用于對復雜物體的表面改性。本發(fā)明結(jié)構簡單，操作方便；由于外加電壓低，因此對電極表面的電介質(zhì)材料的耐壓性能沒有過高要求，可以降低生產(chǎn)成本。由于無需真空裝置，可適于工業(yè)上的流水作業(yè)。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構示意圖。圖2是楔形氣隙的頂面放大示意圖。圖中1、交流電源，2、電介質(zhì)片，3、水電極，4、出氣口，5、擋塊，6、進氣口。
具體實施例方式如圖I所示，水電極3的殼體為橫置的圓筒體，在殼體中充滿液體水。在水電極3的前端面封接有豎向傾斜的電介質(zhì)片2，電介質(zhì)片2為矩形片體，可采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟等材料制作成型。兩個水電極3的前端面貼近并正對，兩個水電極的軸心線在同一直線上；此時，兩個電介質(zhì)片2之間即形成上大下小的楔形氣隙空間。在兩電介質(zhì)片2的左、右兩端分別設置有封擋兩電介質(zhì)片側(cè)面縫隙的擋塊5。擋塊5既可從電介質(zhì)片的外部封接，也可插入兩電介質(zhì)片2之間的縫隙中(如圖2所示)，此時，擋塊5是與楔形氣隙側(cè)面形狀相同的楔形結(jié)構體，即兩電介質(zhì)片2之間的楔形氣隙的大小，是通過寬度不同的擋塊5的設置而進行調(diào)節(jié)的。楔形氣隙的下端進氣口 6的間隙寬度一般是控制在O. 2 — 6_，上端出氣口 4的間隙寬度一般控制在進氣口間隙寬度的5 —10倍。擋塊5也是采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟材料制作成型。在將交流電源I的兩極分別連接到兩個水電極3上之后，即構成本發(fā)明的低電壓下產(chǎn)生大間隙大氣壓均勻放電的裝置。本發(fā)明的低電壓下產(chǎn)生大間隙大氣壓均勻放電的方法設置兩個圓筒狀殼體的水電極3，兩個水電極3的軸心線位于一條直線上；在兩個水電極的相對面上分別設置有豎向傾斜的電介質(zhì)片2，兩個電介質(zhì)片2之間形成上大下小的楔形氣隙；在兩電介質(zhì)片2的左右兩端分別設置封擋側(cè)面縫隙的擋塊5 ;將交流電源I的兩極分別連接在兩個水電極3上；接通交流電源后，從兩個電介質(zhì)片之間的楔 形氣隙的下端縫隙(即進氣口 6)中注入工作氣體，在楔形氣隙的小間隙處產(chǎn)生放電，放電隨工作氣體的氣流向上移動并逐步疊加，從而在楔形氣隙的上端大間隙(即出氣口 4)處形成均勻放電。 本發(fā)明所用的工作氣體為氦氣、氬氣、氙氣或氮氣中的一種，或是任意兩種以上的混合體。
權利要求
1.一種低電壓下產(chǎn)生大間隙大氣壓均勻放電的裝置，包括有與交流電源(I)的兩極分別電連接的兩個水電極(3)，其特征是，所述水電極(3)的殼體為橫置的圓筒體，兩個水電極的軸心線在同一直線上，在兩個水電極的相對面上分別設置有豎向傾斜的電介質(zhì)片(2)，兩個電介質(zhì)片(2)之間形成上大下小的楔形氣隙，在所述兩電介質(zhì)片(2)的左右兩端分別設置有封擋側(cè)面縫隙的擋塊(5 )。
2.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征是，所述電介質(zhì)片(2)為矩形片體，所述擋塊(5)插入所述兩電介質(zhì)片(2 )之間。
3.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征是，所述楔形氣隙的下端進氣口的間隙寬度為O. 2 — 6mm，上端出氣口的間隙寬度為進氣口間隙寬度的5 —10倍。
4.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征是，所述電介質(zhì)片(2)和擋塊(5)是采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟材料制作成型。
5.一種低電壓下產(chǎn)生大間隙大氣壓均勻放電的方法，其特征是，設置兩個圓筒狀殼體的水電極(3)，兩個水電極(3)的軸心線位于一條直線上；在兩個水電極的相對面上分別設置有豎向傾斜的電介質(zhì)片(2)，兩個電介質(zhì)片(2)之間形成上大下小的楔形氣隙；在兩電介質(zhì)片(2)的左右兩端分別設置封擋側(cè)面縫隙的擋塊(5);將交流電源(I)的兩極分別連接在所述兩個水電極(3)上；接通交流電源后，從兩個電介質(zhì)片之間的楔形氣隙的下端縫隙中注入工作氣體，在所述楔形氣隙的小間隙處產(chǎn)生放電，放電隨氣流向上移動并逐步疊加，從而在所述楔形氣隙的上端大間隙處即形成均勻放電。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征是，所述電介質(zhì)片(2)設為矩形片體，所述擋塊(5 )插入所述兩電介質(zhì)片(2 )之間。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征是，所述楔形氣隙的下端進氣口的間隙寬度設為O. 2—6mm,上端出氣口的間隙寬度控制在進氣口間隙寬度的5 —10倍之間。
8.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征是，所述電介質(zhì)片(2)和擋塊(5)是采用石英、普通玻璃、云母或者聚四氟材料制作成型。
9.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征是，所述工作氣體為氦氣、氬氣、氙氣或氮氣中的一種，或是任意兩種以上的混合體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低電壓下產(chǎn)生大間隙大氣壓均勻放電的裝置，包括有與交流電源的兩極分別電連接的兩個水電極，所述水電極的殼體為橫置的圓筒體，兩個水電極的軸心線在同一直線上，在兩個水電極的相對面上分別設置有豎向傾斜的電介質(zhì)片，兩個電介質(zhì)片之間形成上大下小的楔形氣隙，在所述兩電介質(zhì)片的左右兩端分別設置有封擋側(cè)面縫隙的擋塊。本發(fā)明能夠在較低電壓下產(chǎn)生大間隙、大氣壓且性能穩(wěn)定的均勻放電，放電穩(wěn)定在輝光放電階段，不會過渡到弧光放電。本發(fā)明所產(chǎn)生的等離子體不僅適用于材料的表面處理、臭氧的產(chǎn)生以及殺菌消毒等領域，而且更適用于處理較大體積的三維復雜材料和對復雜物體的表面改性。
文檔編號H05H1/26GK102647844SQ20121012820
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權日2012年4月28日
發(fā)明者劉潤甫, 李雪辰 申請人:河北大學