等離子體放電裝置製造方法
2023-05-03 08:42:06
等離子體放電裝置製造方法
【專利摘要】等離子體放電裝置，涉及放電裝置。設有交流電源、水槽、等離子體發生器、交流電源調節電路、地電極耦合電路和氣源；所述水槽內注入水，等離子體發生器浸在水槽內的水中，等離子體發生器設有腔體、高壓電極和地電極，腔體內設有兩側密封板和固定支架，兩側密封板內分別裝有高壓電極和地電極，交流電源調節電路的兩端分別與高壓電極和交流電源的正電極連接，地電極與地電極耦合電路的地相連，高壓電極設在密封管內並從密封管引出，固定支架設在兩側密封板之間，等離子體發生器的下方設有進氣口，等離子體發生器的上方設有出氣口，進氣口與氣源相連。耗能少、無汙染、殺菌效率高、結構簡單、操作容易、易於在醫藥領域和工業上普及。
【專利說明】等離子體放電裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及放電裝置，尤其是涉及可應用於水中消毒殺菌和增加水中含氧自由基含量的一種等離子體放電裝置。
【背景技術】
[0002]在醫療、醫藥材料及食品消毒領域，通常採用的有溼熱滅菌法、紫外高溫消毒法、環氧乙烷化學試劑法以及Y輻射法等。然而在處理過程中不可避免地存在缺點，如重要營養成分的改性，有毒副產物的殘留，物品物理、機械和光學性能的改變等。大氣壓等離子體處理液體裝置具有簡單可行、易於微型化或規模化放大、易攜帶、耗能少、淨化徹底、無二次汙染、可常溫常壓下進行等優點，使其在工業化生產及日常生活中具有廣泛的應用前景。儘管等離子體用處很廣泛，但是利用氣泡在水中上升過程中，將水中氣泡電離直接產生氣液態的等離子體，而且在上升過程中隨著匹配電壓的變化出現先亮，變暗，再變亮的交替變化過程。此項研究還沒有在相關文章中出現，而且對水的溫度基本沒有影響，屬於低溫大氣等離子體領域。此外，通過水中放電增加水中含氧自由基含量而改善水質，還可以為魚類等水中生物提供更優良的生長環境，利於漁業及環境保護業的良好發展。
[0003]該裝置產生的等離子體屬於非熱平衡等離子體，儘管電子溫度很高(10000度以上)，但是離子溫度遠低於電子溫度，使得氣體溫度趨於常溫，非熱平衡等離子體已經廣泛用於鍍膜，表面處理，生物淨化，醫學等領域。
[0004]水中放電的各種裝置請見B.R.Locke et al.「Electrohydraulic Discharge andNonthermal Plasma for Water Treatment」 Ind.Eng.Chem.Res.45，882-905 (2006)，以上放電主要以電弧放電為主，電流很大，水溫很高，部分水被分解成氫氣和氧氣，由於放電劇烈限制了其應用前景。
[0005]為了解決上述問題，研發了另外一個裝置X H Zhang etal.^Atmospheric-pressure air microplasma jets in aqueous media for theinactivation of Pseudomonas f luorescens cells^hys.Plasmas, 20, 053501 (2013).該裝置產生的等離子體溫度很低，而且能夠長時間的放電，但是部分水能夠沿著管壁滲人管內引起短路，而且等離子體僅僅在出口與水接觸，等離子體與水接觸時間短。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提供具有耗能少、無汙染、殺菌效率高、結構簡單、操作容易、易於在醫藥領域和工業上普及的一種等離子體放電裝置。
[0007]本發明設有交流電源、水槽、等離子體發生器、交流電源調節電路、地電極耦合電路和氣源；
[0008]所述水槽內注入水，等離子體發生器浸在水槽內的水中，等離子體發生器設有腔體、高壓電極和地電極，腔體內設有兩側密封板和固定支架，兩側密封板內分別裝有高壓電極和地電極，交流電源調節電路的兩端分別與高壓電極和交流電源的正電極連接，地電極與地電極耦合電路的地相連，高壓電極設在密封管內並從密封管引出，固定支架設在兩側密封板之間，等離子體發生器的下方設有進氣口，等離子體發生器的上方設有出氣口，進氣口與氣源相連。
[0009]所述密封板可採用陶瓷密封板、剛玉密封板、石英密封板、聚四氟乙烯密封板等中的一種，密封板的長度可為10~15cm,寬度可為8~12cm,厚度可為2~10mm。兩側密封板之間保持平行等距，距離可為2~5mm。
[0010]所述密封管可採用膠皮軟管等。
[0011]所述絕緣管可採用陶瓷絕緣管、剛玉絕緣管、石英絕緣管、聚四氟乙烯絕緣管等中的一種，絕緣管的內徑可為2.5~3.5mm,外徑可為4~5mm,長度可為8~12cm。
[0012]所述高壓電極可採用銅電極、銀電極、鎢電極等中的一種，高壓電極的直徑可為2~3mm,長度可為10~15cm。
[0013]所述固定支架可採用玻璃支架、陶瓷支架、剛玉支架、石英支架等中的一種，固定支架的壁厚為2~3mm。
[0014]當氣體從進氣口進入等離子體發生器後被電離形成氣液混合等離子體；等離子體內的活性氧自由基從等離子體發生器擴散到整個水槽，達到殺菌和降解汙染物的作用。
[0015]兩側密封板的作用是防止高壓電極與水接觸漏電，固定支架的作用是使兩個電極間距不變。
[0016]當以空氣，氧氣，氬氣，氦氣一種或多種的氣體自進氣口進入等離子體發生器腔體中，在內外電極間0.17~30kV的電壓作用下，溶液中形成均勻穩定的氣液相等離子體。等離子體含有活性氧自由基和活性氮自由基，這些自由基在液體中擴散時與溶液中的有毒有害物質相互作用，達到殺菌或改善水質的作用，本發明處理效率高，處理時不需要添加任何其他化學物質，而且處理過程中不會排放有毒有害物質。此外，本發明結構簡單、成本低廉、安裝拆卸方便。
[0017]本發明將電極浸沒在水中，當氣泡從兩極間上升時，被電離產生等離子體，但是由於水的極性很強，必須使得兩級間與水電容有更好的匹配模式，才能使氣體電離。本發明的長處在於:氣泡在上升過程均處理被電離狀態，離子在氣液交界面能夠有效的擴散到溶液中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明實施例的結構示意圖。
[0019]圖2是本發明實施例中的等離子體發生器的主視示意圖。
[0020]圖3是本發明實施例中的等離子體發生器的剖視示意圖。
【具體實施方式】
[0021 ] 參見圖1~3，本發明實施例設有交流電源1、水槽2、等離子體發生器4、交流電源調節電路51、地電極耦合電 路52和氣源6。所述水槽2內注入水3，等離子體發生器4浸在水槽2內的水3中，等離子體發生器4設有腔體、高壓電極8和地電極，腔體內設有兩側密封板7和固定支架11，兩側密封板7內分別裝有高壓電極8和地電極，交流電源調節電路51的兩端分別與高壓電極8和交流電源I的正電極連接，地電極與地電極耦合電路52的地相連，高壓電極8設在密封管9內並從密封管9引出，固定支架11設在兩側密封板7之間，等離子體發生器4的下方設有進氣口 13，等離子體發生器4的上方設有出氣口 12，進氣口 13與氣源6相連。
[0022]所述密封板7可採用陶瓷密封板、剛玉密封板、石英密封板、聚四氟乙烯密封板等中的一種，密封板的長度可為10~15cm,寬度可為8~12cm,厚度可為2~10mm。兩側密封板之間保持平行等距，距離可為2~5mm。
[0023]所述密封管9可採用膠皮軟管等。
[0024]所述絕緣管10可採用陶瓷絕緣管、剛玉絕緣管、石英絕緣管、聚四氟乙烯絕緣管等中的一種，絕緣管的內徑可為2.5~3.5mm,外徑可為4~5mm,長度可為8~12cm。
[0025]所述高壓電極8可採用銅電極、銀電極、鎢電極等中的一種，高壓電極的直徑可為2~3mm,長度可為10~15cm。
[0026]所述固定支架可採用玻璃支架、陶瓷支架、剛玉支架、石英支架等中的一種，固定支架的壁厚為2~3mm。
[0027]當氣體從進氣口 13進入等離子體發生器4後被電離形成氣液混合等離子體；等離子體內的活性氧自由基從等離子體發生器4擴散到整個水槽2，達到殺菌和降解汙染物的作用。
[0028]兩側密封板7的作用是防止高壓電極8與水3接觸漏電，固定支架11的作用是使兩個電極間距不變。 [0029]當以空氣，氧氣，氬氣，氦氣一種或多種的氣體自進氣口進入等離子體發生器腔體中，在內外電極間0.17~30kV的電壓作用下，溶液中形成均勻穩定的氣液相等離子體。等離子體含有活性氧自由基和活性氮自由基，這些自由基在液體中擴散時與溶液中的有毒有害物質相互作用，達到殺菌或改善水質的作用，本發明處理效率高，處理時不需要添加任何其他化學物質，而且處理過程中不會排放有毒有害物質。此外，本發明結構簡單、成本低廉、安裝拆卸方便。
[0030]具體安裝過程如下:等離子體發生器4浸在水槽2的水3中，通過密封管9將電極引出，高壓電極8通過交流電源調節電路51接交流電源I的正極，地電極通過地電極耦合電路52接地，等離子體發生器4通過交流電源調節電路51和地電極耦合電路52使之匹配放電。在圖2中，密封板7中密封有高壓電極8和絕緣管10，通過密封管9將電極引出；兩側密封板7間裝有固定支架11，使兩個電極板平行等距。圖3是等離子體發生器結構剖面示意圖，兩個電極相間排列且保持等距，放電時能夠產生均勻的等離子體。交流電源調節電路51由並聯的2個電容和I個電阻串聯組成，並聯的2個電容中有I個採用可變電容。地電極耦合電路52由並聯的一個電感線圈和I個電阻與一個可變電容串聯組成。交流電源電壓峰值調節範圍O~30kV，頻率調節範圍I~30kHz。氣源6採用02氣瓶和He氣瓶等分別通過各自的流量計如空氣流量計，流量計配合控制混合氣體的比例。電阻值可採用6kΩ，電容值可採用50pF~2yF，電感線圈的電感值可採用50pH~10mH。
【權利要求】
1.等離子體放電裝置，其特徵在於設有交流電源、水槽、等離子體發生器、交流電源調節電路、地電極耦合電路和氣源； 所述水槽內注入水，等離子體發生器浸在水槽內的水中，等離子體發生器設有腔體、高壓電極和地電極，腔體內設有兩側密封板和固定支架，兩側密封板內分別裝有高壓電極和地電極，交流電源調節電路的兩端分別與高壓電極和交流電源的正電極連接，地電極與地電極耦合電路的地相連，高壓電極設在密封管內並從密封管引出，固定支架設在兩側密封板之間，等離子體發生器的下方設有進氣口，等離子體發生器的上方設有出氣口，進氣口與氣源相連。
2.如權利要求1所述等離子體放電裝置，其特徵在於所述密封板採用陶瓷密封板、剛玉密封板、石英密封板、聚四氟乙烯密封板中的一種。
3.如權利要求1或2所述等離子體放電裝置，其特徵在於所述密封板的長度為10~15cm,寬度為8~12cm,厚度為2~10mm。
4.如權利要求1所述等離子體放電裝置，其特徵在於兩側密封板之間保持平行等距，距離為2~5mm。
5.如權利要求1所述等離子體放電裝置，其特徵在於所述密封管採用膠皮軟管。
6.如權利要求1所述等離子體放電裝置，其特徵在於所述絕緣管採用陶瓷絕緣管、剛玉絕緣管、石英絕緣管、聚四氟乙烯絕緣管中的一種。
7.如權利要求1或6所述等離子體放電裝置，其特徵在於所述絕緣管的內徑為2.5~.3.5mm,外徑為4~5mm,長度為8~12cm。
8.如權利要求1所述等離子體放電裝置，其特徵在於所述高壓電極採用銅電極、銀電極、鶴電極中的一種，高壓電極的直徑為2~3mm,長度為10~15cm。
9.如權利要求1所述等離子體放電裝置，其特徵在於所述固定支架採用玻璃支架、陶瓷支架、剛玉支架、石英支架中的一種。
10.如權利要求1所述等離子體放電裝置，其特徵在於所述固定支架的壁厚為2~.3mm .
【文檔編號】C02F1/72GK103922457SQ201410164667
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月21日 優先權日:2014年4月21日
【發明者】張先徽, 周仁武, 楊周斌, 李俊雄, 劉東平, 楊思澤, 嚴晗 申請人:廈門大學