一種滑動弧放電等離子體射流裝置的製作方法
2023-10-28 23:53:22 1
本實用新型涉及一種等離子體射流裝置，具體為空氣或氧氣驅動的滑動弧結構放電低溫等離子體射流裝置。
背景技術：
大氣壓非平衡等離子體具有電子溫度高、重粒子的平動溫度較低的特點，且可以在大氣壓或高於大氣壓的條件下產生，因此無需真空系統就可以在較低的溫度下獲得化學反應所需要的活性粒子，它還具有特殊的光、熱、聲、電等物理過程及化學過程。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、有機物氧化處理、薄膜沉積等領域具有廣闊應用前景，尤其是在殺菌方面與藥物殺滅相比具有更好的安全性，且不會產生二次汙染。
大氣壓非平衡等離子體的產生方法和傳統的熱等離子體、冷等離子體的產生方法不同。目前常用的方法有惰性氣體輝光放電、電暈放電、介質阻擋放電、微波放電和滑動弧放電等。滑動弧放電方式與其它幾种放電方式相比可以利用空氣流量形成等離子體射流，更有利於非平衡等離子體的應用。研究表明滑動弧產生的等離子體區域表現出明顯的非平衡性，80%以上的輸入電能通過非平衡等離子體刺激化學反應效率的提高，因此滑動弧放電能量利用率很高，從而能產生更多種類與數量的活性粒子。由於滑動弧放電只需空氣驅動即可產生射流，空氣成本低、無汙染且容易獲得，尤其適合消毒殺菌應用及水面微生物的滅活處理。滑動弧放電產生的大量活性氧離子、高能自由基團等成分，極易與細菌、黴菌及芽孢、病毒中蛋白質和核酸物質發生氧化反應而變性，使各類微生物死亡。如血吸蟲尾蚴通常以靜態方式浮在水面上，滑動弧放電等離子體射流可直接作用於血吸蟲尾蚴而達到滅活的目的，這樣不僅可以避免藥物對人體造成的副作用，也不會對環境造成破壞。
滑動弧放電裝置通常由2個刀型電極構成，並在電極間最窄處擊穿形成滑動電弧。這種刀型電極構成的滑動弧放電裝置結構不夠靈活、緊湊、便攜及穩定，因此不利於放大於實際應用尤其是在水面微生物處理上的應用和野外應用。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種結構簡單、靈活、緊湊、結實、便攜且放電穩定的大氣壓滑動弧放電等離子體射流裝置，產生的等離子體射流可應用於消毒殺菌等方面，尤其適合於水面微生物的處理及其野外現場應用。
為了達到上述目的，本實用新型所採用的技術方案為：本實用新型所涉及滑動弧放電等離子體射流裝置包括等離子體發生器、外部電源和外部氣源；所述等離子體發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具有束流作用，所述兩個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的交流電源或脈衝電源；所述外部氣源為空氣或氧氣，通過導氣管進入等離子體發生器。
滑動弧放電等離子體射流裝置，其特徵在於：所述管狀外電極為集腔體、錐形噴嘴、進氣口和接地電極於一體的成型加工設計，結構簡單且性能可靠穩定；所述管狀外電極主體為內徑6~20mm、壁厚1~8mm的金屬管，出口為內徑4~18mm的錐形結構，有利於控制起弧只發生在出口處，並具有束流作用；所述中心電極為外徑1~10mm的金屬電極；所述絕緣支撐柱中心開孔用於固定所述中心電極；所述兩個電極分別連接到所述外部電源的兩極，由於放電迴路在等離子體發生器腔內形成而受外界幹擾較小，因此有利於形成穩定的等離子體射流，且所述管狀外電極通過電源的地端接地，以保證裝置安全；所述外部電源為5kHz~30kHz的交流電源或脈衝電源；所述外部氣源為空氣或氧氣，可由儲氣瓶提供，其中空氣也可由空氣壓縮機現場提供，通過導氣管進入等離子體發生器。
等離子體發生器在高電壓作用下所述兩個電極之間距離最窄處放電起弧，並在一定流速的空氣或氧氣驅動下噴出腔外形成等離子體射流。由於所述電源為交流或脈衝電源，從而抑制了弧放電發展為火花放電，形成的等離子體射流仍維持在低溫狀態。本裝置能在大氣壓下且氣源為空氣或氧氣時穩定工作，並保持等離子體射流溫度為室溫或略高於室溫。本裝置產生的等離子體射流面積、長度、強度可通過電源電參數及氣體流速進行調節，也可對發生器進行整體放大，針對不同的處理對象及應用領域可提供不同的工作參數。
本裝置的使用有利於簡化放電結構，使裝置更加靈活、緊湊、結實、便攜，並能提供穩定的弧放電等離子體射流。由於滑動弧放電只需空氣或氧氣驅動即可產生射流，特別是空氣成本低、無汙染且容易獲得，因此本實用新型將大大提高低溫等離子體的應用範圍，尤其適合於消毒殺菌應用及水面微生物的滅活處理。
附圖說明
圖1為滑動弧放電等離子體射流裝置結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示。本實用新型所涉及滑動弧放電等離子體射流裝置包括等離子體發生器、外部電源1和外部氣源6；所述等離子體發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作為接地電極並提供氣體通道，所述兩個電極2和3分別連接到所述外部電源1的兩極；所述外部電源1為5kHz~30kHz的交流電源或脈衝電源；所述外部氣源6為空氣或氧氣。其特徵在於：所述管狀外電極3為集腔體、錐形噴嘴、進氣口和接地電極於一體的成型加工設計，結構簡單且性能可靠穩定；所述管狀外電極3主體為內徑6~20mm、壁厚1~8mm的金屬管，出口為內徑4~18mm的錐形結構，有利於控制起弧只發生在出口處，並具有束流作用；所述中心電極2為外徑1~10mm的金屬電極；所述絕緣支撐柱4中心開孔用於固定所述中心電極2。所述外部氣源6為空氣或氧氣，可由儲氣瓶提供，其中空氣也可由空氣壓縮機現場提供，通過導氣管進入等離子體發生器。
等離子體發生器在高電壓作用下所述兩個電極2和3之間距離最窄處放電起弧，並在一定流速的空氣或氧氣驅動下噴出腔外形成等離子體射流5。由於放電迴路在等離子體發生器腔內形成而受外界幹擾較小，因此有利於形成穩定的等離子體射流5，且所述管狀外電極3通過電源的地端接地，以保證裝置安全。由於所述外部電源1為交流或脈衝電源，從而抑制了弧放電發展為火花放電，形成的等離子體射流仍維持在低溫狀態。本裝置能在大氣壓下且外部氣源6為空氣或氧氣時穩定工作，並保持等離子體射流5溫度為室溫或略高於室溫。本裝置產生的等離子體射流5面積、長度、強度可通過外部電源1的電參數及外部氣源6的氣體流速進行調節，也可對發生器進行整體放大，針對不同的處理對象及應用領域可提供不同的工作參數。