[發明專利]一種裸電極和介質阻擋兩用的等離子體射流發生裝置

在審

• 申請號: 201711018454.1
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107750087A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 劉新;劉碩;劉吉宇;王冠淞;王傳傳;楊志康;孫晶;宋金龍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H05H1/30
• 分類號: H05H1/30
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 溫福雪,侯明遠

技術領域

本發明涉及一種裸電極和介質阻擋兩用的等離子體射流發生裝置，屬于等離子體放電反應器技術領域。

背景技術

由于冷等離子體處于非熱力學平衡態，其內部中性粒子溫度較低而電子溫度較高，致使其在宏觀溫度較低同時有較高活性。冷等離子體可對材料表面快速改性、滅活同時不會造成燒傷等不可逆破壞，因此在近年來被廣泛用于表面改性、材料合成、廢水處理、滅菌消毒等領域。

在使用等離子體對材料進行處理時，材料的形狀及尺寸會受到等離子體放電間隙的限制。為解決上述問題，近年來研究人員研制出冷等離子體射流技術，可將微小間隙下的放電引出至開放空間中。冷等離子體射流的直徑為幾微米至幾毫米，長度可通過改變電壓及氣體流量調節為幾毫米至幾百毫米，可方便應用于對材料的局部小范圍或大面積處理。

大氣壓冷等離子體射流無需真空腔，可對多批次樣品連續處理，更適合于實際應用。大氣壓等離子體射流多通過介質阻擋放電產生并引出。公開號為CN101330794A、CN101466194A、CN101426327A、CN101652016A的專利，分別使用不同結構的電極裝置，通過介質阻擋放電產生冷等離子體射流。上述裝置可有效對聚合物等絕緣材料進行改性，有一定的研究價值和應用前景，但由于這些裝置基于電極懸浮或介質擊穿產生射流，導致射流的空間電位較高，在實際應用中處理金屬等導電材料將與金屬之間發生擊穿放電，放電產生的高溫將損壞表面。裸電極放電產生的冷等離子體射流溫度較低，且具有較低的空間電位，可用手觸及。此類射流可用于金屬等導電性材料的改性處理。上述兩種放電形式若能通過電極結構的簡單轉化而實現，可有效降低設備成本、提高等離子體發生器的廣泛適用性。

發明內容

本發明提供了一種裸電極和介質阻擋兩用的等離子體射流發生裝置，具有兩種放電形式，可根據實際應用需要產生介質阻擋冷等離子體射流或裸電極冷等離子體射流。工作氣體可為氮氣、氧氣、空氣、氦氣、氬氣或上述幾種氣體的混合氣。

本發明的技術方案：

一種裸電極和介質阻擋兩用的等離子體射流發生裝置，包括高壓電源5、工作氣源6、氣體減壓閥7、氣體質量流量控制器8、等離子體發生器1和絕緣套管4；

高壓電源5的高壓輸出接等離子體發生器1的高壓針電極2，低壓輸出接等離子體發生器1的噴嘴電極，高壓電源5地線接地；工作氣源6經氣體減壓閥7調整壓力后，接氣體質量流量控制8入口，通過調整氣體質量流量控制器8參數，對氣體流量進行調節；氣體質量流量控制器8出口接等離子體發生器1殼體尾部；等離子體發生器1的殼體正中設有中心孔，中心孔的孔徑與高壓針電極2外徑相同，用以固定高壓針電極2，高壓針電極2前端套有絕緣套管4；中心孔的周圍均布小通孔，以將工作氣體運輸至等離子體發生區域；等離子體發生器1的殼體前端攻有螺紋，連接噴嘴電極；噴嘴電極為錐臺狀，尾部與殼體前端連接，頂部有一圓形通孔，當放電形式為裸電極放電時，冷等離子體射流從此處射出；當絕緣套管4套在高壓針電極2尖端外、噴嘴電極內時，放電形式為介質阻擋放電，冷等離子體射流由絕緣套管內噴出。

調整電源電壓、頻率及工作氣體流量后，通過插入、移除絕緣套管，可在大氣壓由介質阻擋放電或裸電極放電兩種放電形式產生均勻、穩定的冷等離子體射流，射流的長度可由放電電壓及氣體流量調節。

本發明的有益效果：該裝置使用針電極、噴嘴電極及絕緣套管，可產生兩種不同形式的放電，具有不同應用價值：介質阻擋放電的活性粒子濃度較高但同時易于與金屬等導體發生擊穿，適用于非金屬材料的快速改性、滅菌；裸電極放電產生的冷等離子體射流溫度較低且不會與金屬表面發生擊穿放電。本裝置可根據不同應用場合需求，僅通過插入、移除絕緣套管即產生不同放電形式的冷等離子體射流，無需特別設計其他裝置或提供其他設備。另外，該裝置可使用直流高壓電源、低頻高壓電源、射頻高壓電源、微波高壓電源或脈沖高壓電源等任何一種可產生等離子體的高壓電源產生射流，且無需真空設備，可有效降低購置電源等設備成本。綜上所述，該裝置在常溫常壓環境下即可獲得均勻穩定、溫度較低的冷等離子體射流，且可通過調整裝置中部件的位置改變放電形式，具有結構簡單、射流溫度較低、操作方便等特點。

附圖說明

圖1是大氣壓介質阻擋放電冷等離子體射流發生裝置示意圖。

圖2是大氣壓裸電極冷等離子體射流發生裝置示意圖。

圖中：1等離子體發生器；2高壓針電極；3等離子體射流；4絕緣套管；

5高壓電源；6工作氣源；7氣體減壓閥；8氣體質量流量控制器。