[發明專利]大氣壓輝光等離子體發生裝置及紡織材料處理裝置

在審

• 申請號: 201710492001.6
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107124812A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 胡一波;馮程;楊佳奇;諸葛蘭劍;吳雪梅;王文利
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24;D06M10/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林,胡益萍

技術領域

本發明涉及一種等離子體發生裝置，尤其涉及一種大氣壓輝光等離子體發生裝置及紡織材料處理裝置。

背景技術

目前，大氣壓等離子體雖然在工業應用中有著廣泛的前景，但是并沒有大規模地應用于工業。其中最重要的原因就是在大氣壓下產生的等離子體由于氣壓高，被電離的粒子在很短的時間內即碰撞復合為中性粒子。因此所產生的等離子體具有極高的不穩定性，并且很難產生大面積均勻的等離子體。目前大氣壓等離子體的應用仍然處于小型化、局域化的階段，這不能滿足工業上大規模、高速高效率的處理需求。

大氣壓等離子體的工作模式大致可以分為三種：電暈放電、輝光放電和電弧放電。這三種模式都是通過在電極上施加足夠高的電壓將放電介質擊穿而產生的。當電極電壓逐漸升高時，由于尖端效應，在曲率半徑較小（針狀、絲狀）的電極附近的電場強度最強，這些地方的放電氣體最先電離從而產生電暈放電。這是一種局部的、微弱的放電模式。而當電壓繼續升高時，被電離的區域逐漸增加，最終擴散至整個放電空間，形成輝光放電。當電壓升高到一定程度時，放電氣體則被擊穿形成強烈而不均勻的放電通道，此時的放電即電弧放電。因此，在這三種模式中，只有輝光放電模式可以產生大面積均勻的等離子體，適合用于紡織材料的處理。因此在大氣壓下產生輝光放電成為此項技術的關鍵。

然而，在傳統的技術中，很難在大氣壓的環境下產生輝光放電，即使能夠產生，也要嚴格的控制其放電電壓，否則放電很容易向電弧放電轉化從而損壞被處理的材料。隨著等離子體源技術的發展，人們一直在探索產生大氣壓輝光放電的方法。目前最有效的方法是通過介質阻擋放電（DBD）的方式。DBD放電是指將絕緣介質插入放電空間，通過施加足夠的交流電壓而產生等離子體的一種非平衡態氣體放電。大氣壓輝光放電之所以不穩定的原因是因為電壓足夠高時很容易在放電空間擊穿氣體產生雪崩效應而形成強烈的放電通道，從而放電轉化為電弧放電。而當有絕緣介質插入放電空間時，可以有效地阻隔放電通道的形成，抑制電弧放電的產生。1988年Kanazawa等人首次使用氦氣DBD放電獲得了大氣壓輝光放電等離子體。并總結了產生大氣壓輝光放電的三個條件：1、激勵源的頻率需要在1kHz以上；2、需要雙介質DBD；3、必須使用氦氣作為放電氣體。但是氦氣由于使用成本高，也只是在實驗室中使用。到了現在，氦氣并不是產生大氣壓輝光放電的必要條件，而高頻交流電源驅動的DBD放電成為獲得大氣壓輝光等離子體的最有效方法。

DBD放電同樣是采用在電極上施加足夠高的電壓來擊穿放電氣體來產生等離子體。由于有了絕緣介質的作用，擊穿的氣體不會形成強烈的放電通道，而是產生許多細絲狀的放電微通道。當放電比較弱時，這些細絲隨機地分布在整個放電空間，隨著放電電壓的增加，細絲越來越多開始自組織地形成固定的圖案，稱為斑圖。繼續升高電壓，放電變得強烈絲狀的放電通道開始擴散，最終形成均勻地輝光放電。由上述分析可以看出，即使是DBD放電要想實現大氣壓輝光放電條件也是非常苛刻的。若放電電壓低，則形成的是絲狀的放電，若放電電壓過高，仍然會轉化為電弧放電。并且由于紡織材料一般不耐高溫，放電時不宜溫度過高。然而顯然這兩點要求是矛盾的，電壓只有足夠高才能保證產生的放電是輝光放電，而高的電壓帶來的是溫度的升高。因此為了在保證輝光放電模式的前提下降低溫度，只能通過減小放電間隙的方式。減小放電間隙可以降低氣體的擊穿電壓，從而減少放電時產生的熱量。然而這又帶來了新問題，減小間隙后輝光放電就更加容易向電弧放電轉化。

正是由于這些苛刻的要求，大氣壓輝光放電雖然有很好的處理效果，但是仍未在工業上有著廣泛的應用。現有的DBD放電技術多用于實驗室中，無法實現工業級的大面積均勻的大氣壓輝光放電等離子體。

發明內容

本發明克服了現有技術的不足，提供一種結構簡單的大氣壓輝光等離子體紡織材料處理裝置。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：一種大氣壓輝光等離子體發生裝置，包括沿水平向平行排列的多個石英管，相鄰所述石英管緊密接觸，每個所述石英管內均插入有絲狀電極，所述絲狀電極與所述石英管緊密接觸，相鄰兩個所述絲狀電極分別與高壓交流電源、地相連接，處于最邊緣的兩個所述絲狀電極均與地相連接。

本發明一個較佳實施例中，大氣壓輝光等離子體發生裝置進一步包括所述石英管的長度大于所述絲狀電極的長度。

本發明一個較佳實施例中，大氣壓輝光等離子體發生裝置進一步包括所述絲狀電極為銅絲。

本發明一個較佳實施例中，大氣壓輝光等離子體發生裝置進一步包括所述石英管的內徑為1mm、外徑為2mm。